馬 良，郭 瑞

準(zhǔn)格爾煤田不連溝礦井構(gòu)造特征及其對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響

馬 良1，郭 瑞2

(1. 中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077；2. 內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010321)

準(zhǔn)格爾煤田位于鄂爾多斯盆地伊盟隆起和晉西褶曲帶的轉(zhuǎn)折部位，煤田內(nèi)的礦井構(gòu)造樣式多樣，而且礦井生產(chǎn)揭露前后構(gòu)造復(fù)雜程度發(fā)生了重大變化。以不連溝礦井地質(zhì)勘查和礦井揭露的褶皺、斷層、巖溶陷落柱、火成巖侵入體等地質(zhì)構(gòu)造為主要研究對(duì)象，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)礦井內(nèi)的構(gòu)造發(fā)育特征進(jìn)行了定量或半定量評(píng)價(jià)，分析不同地質(zhì)構(gòu)造的形成機(jī)制、演化背景及礦井構(gòu)造復(fù)雜程度變化的主要原因，統(tǒng)計(jì)分析不同類型地質(zhì)構(gòu)造對(duì)礦井采掘生產(chǎn)的影響，總結(jié)礦井地質(zhì)構(gòu)造探查經(jīng)驗(yàn)，提出適應(yīng)于該區(qū)的構(gòu)造探查思路。結(jié)果表明：不連溝煤礦構(gòu)造樣式多樣，構(gòu)造發(fā)育的分區(qū)特征明顯，構(gòu)造組合具有耦合性；礦井中部的弧形坡折帶及波狀褶皺形成開始于加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，屬于黃河斷裂和呼–清斷裂的伴生構(gòu)造；區(qū)內(nèi)走向EW(或近EW向)和NW斷層組合是鄂爾多斯盆地印支期S—N向擠壓應(yīng)力和燕山期NW—SE向擠壓應(yīng)力共同作用的結(jié)果。各類地質(zhì)構(gòu)造制約著礦井采區(qū)部署、巷道掘進(jìn)、工作面回采速度，造成大量資源損失，給礦井防治水帶來巨大挑戰(zhàn)。針對(duì)類似研究區(qū)的復(fù)雜礦區(qū)，建議采用三維地震勘探掃面，井下槽波、電法勘探靶區(qū)圈定，定向鉆驗(yàn)證的“物探、鉆探，地面、井下”相結(jié)合的綜合探查方案。

構(gòu)造特征；構(gòu)造探查；采掘影響；不連溝煤礦；準(zhǔn)格爾煤田

地質(zhì)構(gòu)造特征及其復(fù)雜程度是地質(zhì)勘查工程部署、資源儲(chǔ)量計(jì)算、水文地質(zhì)、構(gòu)造地質(zhì)、瓦斯及其他開采技術(shù)條件評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，也是礦井設(shè)計(jì)、安全生產(chǎn)的重要依據(jù)[1-3]。筆者基于多年的地質(zhì)勘查、二維地震以及首采區(qū)三維地震勘探等技術(shù)手段，及對(duì)鄂爾多斯盆地北部準(zhǔn)格爾煤田內(nèi)的不連溝煤礦構(gòu)造特征形態(tài)的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為構(gòu)造特征總體上與盆地的構(gòu)造形態(tài)相吻合，為西傾單斜背景上伴隨的斷裂構(gòu)造，確定的構(gòu)造復(fù)雜程度均為簡單，因此，礦井的總體設(shè)計(jì)、采區(qū)布置等均依此設(shè)計(jì)。但隨著礦井井筒的落底和首采區(qū)工作面井巷的揭露，逐漸發(fā)現(xiàn)礦井?dāng)嗔褬?gòu)造發(fā)育、煤層底板起伏變化較大，勘查階段在中部確定的大型斷裂構(gòu)造實(shí)際揭露為一個(gè)以坡折帶為主同時(shí)伴生一系列小型斷裂構(gòu)造的組合帶，回采工作面內(nèi)的斷裂構(gòu)造、巖溶陷落柱發(fā)育，對(duì)礦井的正常生產(chǎn)和安全回采帶來了巨大的危險(xiǎn)，導(dǎo)致礦井投產(chǎn)多年不能達(dá)產(chǎn)，多個(gè)工作面、多條巷道廢棄，造成礦井采區(qū)重大調(diào)整和經(jīng)濟(jì)重大損失。

目前，針對(duì)煤礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造研究，地面主要采用遙感地質(zhì)調(diào)查[4]，地質(zhì)填圖和剖面測量，地質(zhì)鉆探斷層破碎帶、傾角變化和鉆孔之間剖面、平面對(duì)比分析及地面三維地震等技術(shù)手段綜合研究[5-7]。地面的各種手段對(duì)大型斷裂構(gòu)造識(shí)別和解釋基本可靠，而對(duì)于中型、小型尺度構(gòu)造探測的可靠性較低，主要依靠煤礦井下巷道、工作面地質(zhì)構(gòu)造的探查、預(yù)測。礦井地質(zhì)構(gòu)造研究工作主要集中于斷裂構(gòu)造、巖溶陷落柱等可能導(dǎo)致礦井災(zāi)害的探查方面[8-10]，主要的技術(shù)手段有井下槽波CT[11]、坑透[12]、孔中瞬變電磁勘探[13-15]、井下地質(zhì)鉆探等，上述各項(xiàng)技術(shù)在該礦內(nèi)均進(jìn)行了施工，效果不一。近年來出現(xiàn)的孔–巷聯(lián)合物探、隨采地震[16-18]、地面三維全數(shù)字地震勘探[19-20]、地面全數(shù)字三維地震聯(lián)合井下槽波和音頻等物探聯(lián)合定向鉆組合的綜合探查[20-22]，及鉆孔徑向射流斷層判識(shí)等技術(shù)，為礦井地質(zhì)構(gòu)造探查提供了新的技術(shù)手段[23-26]。但是，各技術(shù)手段都有其適用性，而適用性的研究是建立在對(duì)已有地質(zhì)構(gòu)造再次解釋的基礎(chǔ)上，不斷提取物性特征，建立相適用的解釋模型和數(shù)據(jù)采集、處理流程，同時(shí)應(yīng)當(dāng)基于對(duì)區(qū)域性構(gòu)造背景認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上開展研究。

基于前人的研究認(rèn)識(shí)，筆者以鄂爾多斯盆地北部準(zhǔn)格爾煤田不連溝煤礦為研究對(duì)象，采用探采對(duì)比方法分析礦井地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育特征；結(jié)合區(qū)域構(gòu)造分析礦井構(gòu)造形成機(jī)制，評(píng)價(jià)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)礦井生產(chǎn)的影響，為礦井后續(xù)構(gòu)造預(yù)測和采掘規(guī)劃提供依據(jù)，進(jìn)而評(píng)價(jià)礦井物探手段的有效性，為礦井后期構(gòu)造探查手段選擇提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

準(zhǔn)格爾煤田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗東部，北接烏蘭格爾煤田，東臨黃河，南抵黃河河曲(圖1a)。大地構(gòu)造單元屬于華北地臺(tái)(Ⅰ)鄂爾多斯臺(tái)坳(Ⅱ)伊盟隆起(Ⅲ)東部，東臨山西臺(tái)隆，南接晉西褶曲帶，北鄰內(nèi)蒙古臺(tái)隆(圖1b)。煤田總的構(gòu)造輪廓為東部隆起、西部坳陷，走向近S—N，向西傾斜的單斜構(gòu)造。北端地層走向轉(zhuǎn)為NW，傾向SW，南端地層走向轉(zhuǎn)為SW—EW，傾向NW或N。傾角一般小于10°，構(gòu)造形態(tài)簡單。

自晚石炭世至晚三疊世，準(zhǔn)格爾煤田古地形平緩，地層穩(wěn)定沉積，早白堊世早期區(qū)內(nèi)發(fā)生了強(qiáng)烈抬升，形成了NE高、SW低的構(gòu)造格局，形成煤田內(nèi)波狀褶皺和白堊系與下伏地層之間的角度不整合。晚白堊世，受燕山運(yùn)動(dòng)和火山活動(dòng)影響，煤田內(nèi)發(fā)育斷層和火成巖體，并造成白堊系與上覆地層之間的沉積間斷。煤田內(nèi)的構(gòu)造形式以褶曲和正斷層為主。煤田中東部發(fā)育軸向呈NNE的短軸背向斜，如窯溝背斜、東溝向斜、西黃家梁背斜、焦家圪卜向斜、賈巴壕背斜。南部有走向近E—W的老趙山梁背斜、雙棗子向斜，軸向呈NWW的田家石畔背斜、沙溝背斜、沙溝向斜，走向近S—N的罐子溝向斜(圖1c)。

不連溝煤礦位于準(zhǔn)格爾煤田的北部，屬晚古生代石炭–二疊紀(jì)煤田，周邊礦井有孔兌溝、唐家匯、玻璃溝、小魚溝等生產(chǎn)礦井。其構(gòu)造形態(tài)整體為向西傾斜的單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀較平緩，傾角3°~5°。地層由老至新依次為寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系、新近系和第四系，其中石炭系與下伏奧陶系之間為平行不整合接觸，白堊系與下伏二疊系之間為角度不整合接觸，新近系與下伏白堊系之間為角度不整合接觸。含煤地層為山西組和太原組，地層厚度0~274.56 m，含煤層數(shù)約15層；主力煤層為太原組上段的6煤，煤層厚度0~35.42 m，平均14.85 m，北部存在局部剝蝕區(qū)；煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含多層夾矸、煤層分叉合并頻繁；煤類以中灰、高揮發(fā)分、低硫、低磷、低砷、高氟、低氯的長焰煤為主，局部存在高灰分見煤點(diǎn)或高灰煤區(qū)，總體上屬全區(qū)可采的較穩(wěn)定型煤層(圖1d)。

圖1 準(zhǔn)格爾煤田地理及大地構(gòu)造位置、區(qū)域地質(zhì)及含煤巖系柱狀

2 礦井構(gòu)造特征

隨著地質(zhì)勘查程度不斷提高，礦井生產(chǎn)活動(dòng)逐漸深入，對(duì)礦井構(gòu)造形態(tài)的認(rèn)識(shí)也越來越清晰。礦井地層總體走向?yàn)镾N向，向西傾斜，構(gòu)造線方向與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致，同時(shí)在單斜的基礎(chǔ)上發(fā)育褶皺、斷層、陷落柱、古河道沖刷、巖漿侵入等。

2.1 褶皺

研究區(qū)皺褶構(gòu)造包括1個(gè)坡折帶和2組背向斜組合而成的寬緩波狀褶皺(圖2)。坡折帶位于礦井中部，平面上呈弧形，剖面上東高西低，為一向西傾的斜坡，研究區(qū)內(nèi)走向長度約7.2 km，寬度500~ 1 000 m，核部地層傾角為10°~15°。該坡折帶已經(jīng)在準(zhǔn)格爾煤田中部的多個(gè)礦井中被發(fā)現(xiàn)，總體走向近SN，在研究區(qū)內(nèi)發(fā)生近90°轉(zhuǎn)向后在北部逐漸消失。

2組波狀褶皺分別位于研究區(qū)北部和中部。北部背向斜由1個(gè)背斜和1個(gè)向斜組合構(gòu)成，軸跡呈NW走向；中部背向斜由2個(gè)向斜和一個(gè)背斜組合構(gòu)成，軸跡呈NE25°~35°走向、背斜位于中間、向斜分布于兩側(cè)的“W”型組合，褶皺兩翼寬緩傾角約4°，軸部陡立，褶皺的軸向延伸范圍1.5~5.0 km(圖2)。

值得注意的是，研究區(qū)內(nèi)2組波狀褶皺構(gòu)造線近相互垂直，二者與坡折帶的弧形走向大體相切。這種構(gòu)造組合關(guān)系主要受到來自兩個(gè)近垂直的區(qū)域性斷裂構(gòu)造的影響，即西側(cè)南北走向的呼和浩特–清水河斷裂，北側(cè)近東西走向的黃河斷裂。另外，張泓等[2]研究表明，晉西褶曲帶與伊盟隆起為過渡關(guān)系，而研究區(qū)正好處于晉西褶曲帶與伊盟隆起的轉(zhuǎn)接部位(圖1)。晚古生代地層中的撓褶(坡折)現(xiàn)象主要受晉–冀–魯–豫運(yùn)動(dòng)影響，奧陶紀(jì)地層中已初具雛形，在晚古生代和早中生代地層中進(jìn)一步發(fā)展，在侏羅系與下伏地層的不整合面附近消失。

圖2 不連溝煤礦構(gòu)造綱要

2.2 斷層

礦井內(nèi)的斷層主要由煤層底板等高線推測、三維地震勘探解釋、井下物探和巷道工作面采掘編錄等幾種手段判斷。目前研究區(qū)范圍內(nèi)生產(chǎn)揭露斷層165條，首采區(qū)三維地震解釋斷層53條(被驗(yàn)證17條)，地質(zhì)勘探階段推測斷層9條。區(qū)內(nèi)斷層以高角度正斷層為主，其中落差小于5 m的斷層146條，占斷層總數(shù)的86%，落差5~10 m的斷層22條，占斷層總數(shù)的9%，落差大于10 m的斷層23條，占10%，斷層平面延伸長度一般為幾十米到2 km不等。從剖面上來看，區(qū)內(nèi)斷層主要切割?yuàn)W陶紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)地層，對(duì)上部白堊紀(jì)和新生代地層影響不大。

區(qū)內(nèi)斷層走向主要為近EW、NW和NE向3組(圖3a)，其中，走向NW270°~300°的斷層占斷層總數(shù)的31%，走向NE60°~90°的斷層占總數(shù)的20%，其他走向的斷層占49%。斷層傾向以NNE向和SSW向?yàn)橹?圖3b)。區(qū)內(nèi)斷層傾角分布比較集中，最大傾角89°，最小傾角35°，平均67°(圖3c)。

圖3 不連溝礦井?dāng)鄬幼呦颉A向、傾角特征

已完成回采的工作面斷層數(shù)量、斷層密度和斷層強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)(表1)發(fā)現(xiàn)：各工作面中斷層數(shù)量最多的是F6207工作面，揭露斷層32條；斷層面積密度為0~105.9條/km2，平均26.6條/km2；斷層強(qiáng)度指數(shù)730 m2/km2，由北向南斷層密度和斷層強(qiáng)度都有增大的趨勢；在F6207、F6206至F6210和F6211工作面附近形成了一個(gè)近東西走向的斷層密集帶(圖4)。

斷層構(gòu)造線的分布方向表明，研究區(qū)成煤后先后受到至少兩個(gè)方向的構(gòu)造應(yīng)力作用，這與鄂爾多斯盆地印支期和燕山期的最大主應(yīng)力軸的方向基本一致。研究區(qū)斷層極點(diǎn)密度圖與盆地兩期構(gòu)造最大主應(yīng)力軸產(chǎn)狀密度圖之間具有繼承特征(圖5)。準(zhǔn)格爾煤田印支構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最大主應(yīng)力軸方向?yàn)榻?、SN向(NNW359°—SSE179°)[27]，研究區(qū)內(nèi)NW和近EW走向的斷層主要形成于印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期伊盟隆起的擠壓隆升過程。燕山運(yùn)動(dòng)期煤田附近的最大主應(yīng)力軸向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最大主應(yīng)力軸的優(yōu)勢方向?yàn)镾E130°—NW310°，主要與區(qū)內(nèi)NE走向斷層形成有關(guān)。另外，當(dāng)NE向斷層與NW或EW向斷層相交時(shí)，NE向斷層使NW和EW向斷層發(fā)生切割位移，NE向斷層的形成時(shí)間要晚于NW向和EW向斷層。

區(qū)內(nèi)斷層與褶皺的組合關(guān)系分析表明，礦井中部斷層密集帶的走向與弧形坡折帶幾乎垂直相交，除少數(shù)斷層走向與褶皺軸跡平行外，大部分?jǐn)鄬优c褶皺軸跡呈斜交關(guān)系，斷層使褶皺軸跡發(fā)生錯(cuò)動(dòng)位移并形成小型的斷鼻構(gòu)造，這也說明區(qū)內(nèi)褶皺與斷層分別形成于不同的區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)背景。

2.3 陷落柱

陷落柱主要發(fā)育于礦井中部和南部，目前共揭露陷落柱14個(gè)，主要分布于礦井東部。陷落柱的尺寸為長軸17~194 m，短軸11~87 m，面積218~13 636 m2(圖6a)；陷落柱在平面上呈串珠狀分布，其分布方向主要為NW向，與其相鄰的斷層在走向上具有一致性(圖6b)，井下揭露的陷落柱周圍小型正斷層密集發(fā)育，斷層走向與陷落柱長軸方向相近，說明陷落柱的形成受斷層影響。

表1 不連溝煤礦研究區(qū)回采工作面斷層密度統(tǒng)計(jì)

圖4 不連溝煤礦井下揭露小斷層及斷層密集帶平面位置

圖5 鄂爾多斯盆地最大主應(yīng)力軸產(chǎn)狀與研究區(qū)斷層產(chǎn)狀對(duì)比

圖6 不連溝礦井生產(chǎn)揭露陷落柱分布

2.4 巖漿侵入

巖漿巖在全礦井大部分地區(qū)分布，主要侵入于志丹群底部的砂礫巖中，鉆孔揭露厚度1.90~27.70 m，呈席狀侵入，巖體NW向展布；中部區(qū)域厚度大，且均大于10 m，向東北、西南方向變薄，在礦井東北部對(duì)煤層有一定影響(圖7)。資料表明[26]，準(zhǔn)格爾煤田的火成巖屬于燕山期的噴出巖，在全煤田大面積分布，火山口位于煤田內(nèi)，具體位置尚未查明，但是火成巖的侵入影響煤巖煤質(zhì)[27-28]和煤層頂?shù)装鍘r石力學(xué)特征[29]。

圖7 不連溝煤礦火成巖體厚度分布

2.5 礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度

不連溝煤礦先后進(jìn)行了多次地面勘查工作，主要采用地面地質(zhì)調(diào)查、三維地震勘探、鉆探、測井、抽水試驗(yàn)、分析測試等多種技術(shù)手段，從地面地質(zhì)勘查的角度而言，全區(qū)基本達(dá)到了勘探(精查)程度，地質(zhì)控制程度已經(jīng)能夠滿足煤炭開采的需求，歷次勘查認(rèn)為，研究區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單。然而隨著礦井采掘不斷深入，以及井–地聯(lián)合勘探工作的開展，大量地面未查明的地質(zhì)構(gòu)造經(jīng)井下探測時(shí)被查明或在采掘工程中被揭露，礦井的構(gòu)造復(fù)雜程度由簡單變?yōu)橹械?，平面上顯現(xiàn)出構(gòu)造復(fù)雜程度具有分區(qū)特征。經(jīng)分析，礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度變化的原因主要包括：①除部分落差相對(duì)較大的斷層可通過三維地震、煤層底板等高線追溯、煤巖層對(duì)比和勘探線剖面推測以外，地面勘查對(duì)高角度小型正斷層和陷落柱的探查效果非常有限；②煤礦地面廣泛分布的第四系風(fēng)積沙和侵入志丹群的席狀侵入巖體影響了三維地震勘探對(duì)小構(gòu)造的探查效果；③煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分叉合并變化頻繁，且煤層間距較小，進(jìn)一步降低了三維地震對(duì)斷層解釋的可靠性；④陷落柱尺寸小，鉆孔無法控制，三維地震剖面上反映不明顯。

3 構(gòu)造對(duì)礦井的影響

不連溝礦井已完成11個(gè)工作面回采，根據(jù)探采對(duì)比發(fā)現(xiàn)，褶皺、斷層、陷落柱、古河道沖刷、火成巖侵入等地質(zhì)構(gòu)造對(duì)礦井安全生產(chǎn)均造成了不同程度的影響，其中斷層和陷落柱對(duì)安全回采影響最大。地質(zhì)構(gòu)造的影響作用主要表現(xiàn)在回采效率、采區(qū)布置、煤巖煤質(zhì)、儲(chǔ)量損失和水文地質(zhì)條件等幾個(gè)方面。

3.1 降低工作面回采效率

不連溝煤礦6號(hào)煤采用底板綜采放頂煤開采工藝，當(dāng)回采工作面遇到落差大于10 m的斷層和長軸大于50 m的陷落柱時(shí)，需要進(jìn)行支架調(diào)整，對(duì)工作面回采效率影響較大，當(dāng)遇到上述斷層或陷落柱時(shí)，回采月效明顯降低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，正常工作面回采的月平均推進(jìn)速度在105~120 m/月，當(dāng)揭露斷層和陷落柱時(shí)，回采推進(jìn)速度降至80 m/月以下，F(xiàn)6211和F6206工作面斷層和陷落柱集中發(fā)育區(qū)回采推進(jìn)速度甚至不足50 m/月。

3.2 影響礦井采區(qū)布置

地質(zhì)勘探報(bào)告確定的構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行礦井設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工作面走向?yàn)闁|西向，長度800~2 700 m，寬度240 m。目前礦井已按設(shè)計(jì)回采完成6煤層11個(gè)工作面。隨著生產(chǎn)活動(dòng)由礦井北部首采區(qū)向中部二采區(qū)推進(jìn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，斷層(尤其是斷差較大的斷層)和陷落柱對(duì)工作面的布置影響越來越大。部分工作面巷道掘進(jìn)中發(fā)現(xiàn)局部構(gòu)造集中發(fā)育，被迫提前開切眼，工作面達(dá)不到設(shè)計(jì)長度，造成部分巷道掘進(jìn)工程浪費(fèi)(圖8a)，且邊角資源難以利用。如F6215工作面在兩側(cè)巷道掘進(jìn)至370 m時(shí)發(fā)現(xiàn)煤層底板落差增大，當(dāng)掘進(jìn)至900 m時(shí)兩側(cè)煤層底板落差達(dá)到50 m，綜合分析認(rèn)為可能存在與工作面走向平行的大落差斷層，不具備安全回采條件，礦方不得不放棄已施工的巷道。隨著地面勘查和井巷揭露的逐步深入，礦井的構(gòu)造面貌特征越來越清晰，基于地質(zhì)和采礦的綜合研究結(jié)果表明，原有的采區(qū)設(shè)計(jì)和工作面布置與煤層起伏變化和構(gòu)造發(fā)育規(guī)律之間匹配性越來越差，必須及時(shí)根據(jù)礦井地質(zhì)研究成果對(duì)接續(xù)采區(qū)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

圖8 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)礦井的綜合影響

3.3 對(duì)煤巖、煤質(zhì)的影響

結(jié)合區(qū)域構(gòu)造及其演化過程，綜合分析研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層賦存和煤質(zhì)的影響。

成煤前的基底構(gòu)造形態(tài)決定了區(qū)內(nèi)煤層賦存的基本特征，煤層厚度由中西部向東北及南部呈逐漸減小的趨勢；成煤過程中的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)尤其是基底的不均勻升降運(yùn)動(dòng)造成煤層分叉合并、夾矸層數(shù)增多、煤層間距變化及硫分、灰分增加等；成煤后的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)區(qū)內(nèi)的影響表現(xiàn)為，整體構(gòu)造形態(tài)由成煤前的NE、SW兩翼高、中部低逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎wNE高、SW方向變低，中部凹陷逐漸演變?yōu)槠抡鄣臉?gòu)造演化特征，而在煤層厚度上響應(yīng)為與地層厚度呈正比、而與砂巖厚度呈反比的特征，在煤質(zhì)上表現(xiàn)為煤層厚度與灰分呈反比等特征。

北部成煤后，古河道沖刷作用導(dǎo)致研究區(qū)煤層剝蝕，構(gòu)造隆升導(dǎo)致該區(qū)煤層局部暴露地表長期遭受風(fēng)化氧化，形成6煤層的古風(fēng)氧化帶和西南部的高灰煤區(qū)。

燕山期的火成巖噴發(fā)、侵入全礦井，在北部隆升區(qū)內(nèi)局部地段火成巖與煤層直接接觸，使局部煤的變質(zhì)程度加深。

3.4 礦井儲(chǔ)量損失

對(duì)煤炭儲(chǔ)量的影響主要是風(fēng)氧化帶造成的三角煤柱、陷落柱防水煤柱、斷層密集發(fā)育區(qū)及其造成的無法回采的邊角儲(chǔ)量損失。經(jīng)計(jì)算6煤的風(fēng)氧化帶保護(hù)煤柱及邊角儲(chǔ)量損失面積為0.481 km2，損失量約1 051萬t；陷落柱防水煤柱及其邊角儲(chǔ)量損失面積約0.279 km2，損失儲(chǔ)量約783萬t；斷層密集發(fā)育區(qū)造成的儲(chǔ)量損失最大，損失面積約0.810 km2，損失量約1 966萬t。隨著回采活動(dòng)向南部推進(jìn)，地質(zhì)構(gòu)造造成的煤炭資源量損失可能會(huì)持續(xù)增長。

3.5 增加礦井水害防治工作難度

來自奧陶系灰?guī)r巖溶含水層的底板突水事故是準(zhǔn)格爾煤田北部各礦井面臨的主要水害威脅。與不連溝煤礦鄰近的唐家會(huì)煤礦曾發(fā)生過底板奧陶系灰?guī)r巖溶水突水事故，突水通道為斷層，瞬時(shí)水量達(dá)到500 m3/h；黃玉川煤礦超前探測中證實(shí)，陷落柱也是底板灰?guī)r水突水的通道之一。

不連溝煤礦西南部6煤和9煤為帶壓開采區(qū)，根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》給出的公式計(jì)算6煤底板灰?guī)r水突水系數(shù)最大不超過0.023 MPa/m，9煤突水系數(shù)不超過0.038 MPa/m，平面上由東向西逐漸增大(圖8b、圖8c)。但是，煤層底板突水系數(shù)計(jì)算的一個(gè)重要前提是認(rèn)為底板隔水層是均一且連續(xù)分布的，一旦有開放性的導(dǎo)水?dāng)鄬踊蛳萋渲嬖冢茐母羲畬拥倪B續(xù)性，突水系數(shù)將失去對(duì)防治水工作的指導(dǎo)意義。由此可見，構(gòu)造的發(fā)育無疑增加了礦井防治水的工作難度。構(gòu)造探查一直是不連溝煤礦防治水工作要解決的首要問題，斷層、陷落柱等構(gòu)造的導(dǎo)水性改造則是防治水工作要解決的關(guān)鍵問題。

為保證礦井安全生產(chǎn)，探查方面采用了井下槽波、瞬變電磁、音頻電透及井下鉆探的組合探查模式，治理方面采用了防隔水煤柱留設(shè)和導(dǎo)水構(gòu)造超前注漿改造等多種方法，實(shí)踐證明，目前采用的礦井構(gòu)造及其富水性探查、治理方法行之有效。但是，復(fù)雜的構(gòu)造結(jié)合關(guān)系和物探成果的多解性仍是困擾礦井防治水工作的難題。

4 結(jié)論

a.不連溝煤礦構(gòu)造樣式具有多樣性，褶皺、斷裂、陷落柱、巖漿入侵、古河道沖刷等均有發(fā)育；構(gòu)造分布具有分區(qū)性，表現(xiàn)為礦井北部構(gòu)造復(fù)雜程度簡單，中部構(gòu)造中等，斷裂、褶皺及巖溶陷落柱發(fā)育，南部構(gòu)造簡單；構(gòu)造組合具有耦合性，表現(xiàn)為陷落柱的長軸方向、陷落柱連線與斷層走向基本一致，斷裂構(gòu)造與構(gòu)造應(yīng)力場也具有耦合性等特征。

b. 礦井中部的弧形坡折帶及其伴生褶皺是準(zhǔn)格爾煤田北側(cè)東西向黃河斷裂和西側(cè)南北向呼–清斷裂共同作用的產(chǎn)物，褶皺的形成開始于加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在成煤期后進(jìn)一步發(fā)展演化；礦井成煤后期先后受到印支期S—N向擠壓應(yīng)力和燕山期NW—SE向擠壓應(yīng)力的共同作用，形成了走向EW (或近EW向)和NW斷層組合。

c. 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)礦井生產(chǎn)的影響主要表現(xiàn)為：降低工作面回采效率，影響礦井采區(qū)布置，并造成煤層灰分增高和大量的儲(chǔ)量損失，同時(shí)增加了礦井防治水工作的難度。

d. 針對(duì)不連溝煤礦地質(zhì)構(gòu)造探采對(duì)比的差異性及其對(duì)礦井的影響，對(duì)礦井地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行分區(qū)評(píng)價(jià)，且這種構(gòu)造分布的分帶性在準(zhǔn)格爾煤田具有典型性和普遍性，研究成果可為準(zhǔn)格爾煤田的地質(zhì)勘查、生產(chǎn)礦井地質(zhì)類型劃分和評(píng)價(jià)提供參考；針對(duì)類似研究區(qū)的復(fù)雜礦區(qū)，建議采用三維地震勘探掃面，井下槽波、電法勘探靶區(qū)圈定，定向鉆驗(yàn)證的“物探、鉆探，地面、井下”相結(jié)合的綜合探查方案。

請(qǐng)聽作者語音介紹創(chuàng)新技術(shù)成果等信息，歡迎與作者進(jìn)行交流

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The structural characteristics and their influence on production of Buliangou coal mine

MA Liang1, GUO Rui2

(1. Xi’an Research InstituteCo. Ltd., China Coal Technology and Engineering Group Corp., Xi’an710077, China; 2.Inner Mongolia Mengtai Buliangou Coal Industry Co. Ltd., Ordos 010321,China)

Jungar coalfield is located at the turning point of Yimeng uplift and Jinxi flexure belt in Ordos basin. There are many kinds of mine structures in the coalfield, and the structural complexity has changed greatly before and after the exposure by mine production. Taking the fold, fault, karst collapse column, igneous rock intrusion and other geological structures exposed by geological exploration and mining as the research object, quantitative or semi-quantitative evaluation of structural development characteristics in the mine was carried out by means of mathematical statistics, and the formation mechanism, evolution background of different geological structures were analyzed. The main reasons for the change of mine structure complexity were found, and the influence of different types of geological structure on mining production was analyzed. The experiences of the structural exploration were summarized, and the routes of the exploration of the structure was established. The results show that the structural styles of Buliangou coal mine are various. The zoning characteristics of structural development are obvious, and the structural combination is coupling. The arc-shaped slope break belt and wave fold in the middle of the mine belong to the associated structure of Yellow river fault and Hu-Qing fault, formed from Caledonian tectonic movement. The combination of EW(or near EW) and NW faults in the area is the result of the joint action of Indosinian S-N compressive stress and Yanshanian NW-SE compressive stress in Ordos basin. All kinds of geological structures restrict the location of the mining area, affect the tunneling, mining speed of working face, cause a lot of resource loss, and bring a huge challenge to the prevention and control of mine water. According to the geological structure characteristics of similar mine, a comprehensive geological structure detection method combining “geophysical exploration, drilling, surface and underground” with high-precision full-digital three-dimensional seismic exploration on the ground, delineation of exploration target areas by underground in-seam wave and electrical method, and directional drilling verification with drilling instead of roadway is proposed.

structural features; structural exploration; mining influence; Buliangou coal mine; Jungar coalfield;

P642.3

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2020.03.006

1001-1986(2020)03-0035-10

2019-12-03；

2020-04-01

中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2019XAYMS19)；國家科技重大專項(xiàng)課題(2016ZX05045-002)

Science and Technology Innovation Fund of Xi’an Research Institute of CCTEG(2019XAYMS19)；National Science and Technology Major Project(2016ZX05045-002)

馬良，1982年生，男，甘肅張掖人，碩士，助理研究員，從事煤田地質(zhì)、礦井地質(zhì)研究工作. E-mail：maliang@cctegxian.com

馬良，郭瑞. 準(zhǔn)格爾煤田不連溝礦井構(gòu)造特征及其對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2020，48(3)：35–44.

MA Liang，GUO Rui.The structural characteristics and their influence on production of Buliangou coal mine[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(3)：35–44.

(責(zé)任編輯 范章群)