蔚縣礦區(qū)北陽莊井田地質(zhì)構(gòu)造分析

摘要：中小型斷裂構(gòu)造是影響北陽莊井田北翼首采區(qū)煤層開采最主要的地質(zhì)因素。它們使煤層發(fā)生中斷后上下錯(cuò)位，傾角增大，煤層加厚或減薄，并伴有牽引褶曲、構(gòu)造節(jié)理等地質(zhì)現(xiàn)象。文章介紹了北陽莊井田的地質(zhì)構(gòu)造特征，對實(shí)際揭露地質(zhì)構(gòu)造與原地質(zhì)資料進(jìn)行了對比分析，為礦井合理開拓生產(chǎn)提供了參考資料。

關(guān)鍵詞：北陽莊井田；地質(zhì)構(gòu)造；地質(zhì)資料；采煤工作面；斷裂構(gòu)造；煤層開采 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：P618 文章編號(hào)：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 井田概況

北陽莊井田位于河北省蔚縣礦區(qū)東南部，行政區(qū)劃隸屬于張家口市蔚縣涌泉莊鄉(xiāng)和楊莊窠鄉(xiāng)管轄，其地理坐標(biāo)為北緯39°51′37″～39°57′30″，東經(jīng)114°31′10″～114°39′12″。井田南北長約10km，東西寬5～8km，面積49.2864km2。

截止到2012年12月31日，北陽莊井田范圍內(nèi)保有資源儲(chǔ)量314755千噸，礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為13263萬t，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為180萬t/年，礦井設(shè)計(jì)服務(wù)年限為52.6年。

2 井田地質(zhì)構(gòu)造特征

蔚縣煤田外圍被四條不同時(shí)代的大斷層所切割，形成一個(gè)相對獨(dú)立的北東方向長的矩形斷塊。斷塊總體構(gòu)造形態(tài)為一軸向北東的開闊復(fù)向斜。

北陽莊井田主體構(gòu)造形態(tài)為一走向近南北或北東，傾向東或南東，傾角5°～15°的單斜構(gòu)造。在這一規(guī)模較大的單斜構(gòu)造背景上，發(fā)育了諸多次級褶曲和斷裂構(gòu)造，并與之復(fù)合或聯(lián)合。向斜東翼構(gòu)造相對較簡單，僅發(fā)育稀少的小型斷裂和褶曲。

《北陽莊井田勘查地質(zhì)報(bào)告》中指出全井田共發(fā)現(xiàn)大小斷層53條（地震確定的4個(gè)單斷點(diǎn)未利用），劃分出規(guī)模較大或形態(tài)較明顯的褶曲構(gòu)造10個(gè)。不同規(guī)模、不同性質(zhì)、不同走向的斷裂構(gòu)造，把井田煤系切割成大小不等、形態(tài)各異的斷塊。每個(gè)斷塊的地層走向、傾向都不盡相同，即使同一斷塊內(nèi)部，地層沿走向或傾向也有不同程度的變化。因此，井田構(gòu)造以斷裂為主，褶曲構(gòu)造相對不發(fā)育。

3 礦井開拓實(shí)際揭露情況

北陽莊井田位于蔚縣矩形斷塊的中部。井田內(nèi)地層產(chǎn)狀的單斜地層，走向近南北或北東，傾向東或南東，傾角5°～15°，單斜地層上發(fā)育了諸多的次級褶皺和斷裂。通過地質(zhì)勘查和井下采礦工程的揭露，迄今為止（截止到2013年3月31日），全井田共發(fā)現(xiàn)大小斷層208條，劃分出形態(tài)較明顯的褶皺構(gòu)造10條（褶皺構(gòu)造全為勘探報(bào)告提供）。井田內(nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，斷裂構(gòu)造構(gòu)成井田的主要構(gòu)造骨架。

北陽莊礦在井下施工地質(zhì)揭露的情況來看，三條大巷共出現(xiàn)斷層48條次，其中正斷層8條次，其余全為逆斷層；首采區(qū)出現(xiàn)斷層14條，正斷層5條，其他為逆斷層。根據(jù)地層層序組合判斷，三條大巷中可能有褶皺構(gòu)造。根據(jù)逆斷層相互關(guān)系判斷，逆斷層組合為疊瓦狀構(gòu)造。首采區(qū)出現(xiàn)的斷層f9落差40m以上，該區(qū)域的煤層90%受過斷層影響，煤層已經(jīng)被破壞成孤立的小塊，在對首采區(qū)等高線進(jìn)行修改，對很難連成大片的可采

地段。

通過對地質(zhì)剖面的修改，發(fā)現(xiàn)原來標(biāo)示F201、F202等斷層，不是由一個(gè)斷層帶組成，而是由一組疊瓦狀逆斷層相互組合而成。逆斷層以沿煤層作為破裂面的順層斷層居多。

首采區(qū)實(shí)際揭露斷層107條。說明采區(qū)內(nèi)的中小型斷裂構(gòu)造十分發(fā)育。首采區(qū)107條斷層中（不包括三條大巷所見斷層），其中正斷層58條，逆斷層39條。落差大于30m的大型斷裂1條；30～15m中小型斷層3條，15～5m的小型斷層27條，<5m的斷層76條，可見，本區(qū)中小型斷裂構(gòu)造以落差在15m以下的小型斷裂最為發(fā)育。大型斷裂逆斷層占優(yōu)勢，中小型斷裂正斷層占優(yōu)勢。

4 地質(zhì)構(gòu)造對比分析

4.1 褶皺

根據(jù)目前礦井揭露情況來看，北陽莊井田逆斷層發(fā)育普遍，褶皺構(gòu)造不發(fā)育。

據(jù)北陽莊井田勘探地質(zhì)報(bào)告：本區(qū)逆斷層多形成于下花園組煤系沉積之后、后城組沉積之前的髫髻山期。煤系地層剛剛形成不久，就發(fā)生了擠壓的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，這種壓應(yīng)力作用在基地—已經(jīng)固結(jié)很好的奧陶系灰?guī)r上，同時(shí)也作用在剛剛沉積不久的花園組煤系地層上。煤系地層尚未完全固結(jié)，在壓應(yīng)力的作用下，固結(jié)好的基底奧陶系灰?guī)r表現(xiàn)為斷裂，較軟的煤系地層表現(xiàn)雖然為彎曲變形—形成褶皺，由于基底地層是已經(jīng)固結(jié)的石灰?guī)r的變形作用主要是以斷裂為主，上覆的煤系地層隨著基底地層的斷裂而發(fā)生斷裂，不可能形成緊閉褶皺和倒轉(zhuǎn)褶皺。

4.2 逆斷層

在壓應(yīng)力持續(xù)作用下，地層發(fā)生共軛剪破裂，根據(jù)應(yīng)力摩爾剪破裂理論，共軛剪破裂面的銳夾角，指向最大壓應(yīng)力方向。同時(shí)形成的兩組斷層，一組剪破裂面發(fā)育，另一組不發(fā)育。

如果同時(shí)發(fā)育兩條向平行的斷層，可產(chǎn)生同一層煤層分叉的煤層組合。

4.3 順層斷層

北陽莊井田區(qū)域地層傾角10°左右，在主壓應(yīng)力水平的情況下逆斷層傾角在小于30°，或者更小的情況下，逆斷層和地層的傾角非常接近，逆斷層就沿著地層層面滑動(dòng)，形成順層斷層。由于煤層硬度小，剪破裂面極易在煤層中發(fā)生。煤層除了具有軟的特征外，還具有滑潤劑的作用，井下掘進(jìn)中，常見煤層伴隨著斷層出現(xiàn)，斷層面就在煤層中間。順層斷層使煤層結(jié)構(gòu)遭到破壞，使煤層在局部地段變厚和變薄。由于煤層的滑潤作用，斷層面不產(chǎn)生斷層角礫巖和擦痕，斷層兩盤巖石不發(fā)生變化，使斷層具有極大的隱蔽性。

5 采取的措施及效果

5.1 采取的措施

（1）施工井下地質(zhì)鉆孔，探查煤層的連續(xù)性及穩(wěn)定性；（2）根據(jù)巷探和鉆探揭露的見煤點(diǎn)，對煤層底板等高線進(jìn)行修改完善；（3）根據(jù)揭露的地質(zhì)情況、井下鉆探資料和原精查勘探資料，對該區(qū)域地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析。選擇構(gòu)造相對簡單區(qū)域和大斷層的下盤作為勘探的重點(diǎn)。

5.2 取得的效果

（1）在首采區(qū)北翼的大巷東側(cè)掘交了11502工作面，該工作面走向長470m，傾斜長180m，煤層較穩(wěn)定，煤厚3.5m，煤層傾角5°～15°，可布置成長壁綜采工作面，作為首采面；（2）在首采區(qū)北翼的大巷西側(cè)掘交了11503、11505兩個(gè)走向較短的采面，11503走向長180m，傾斜長100m，煤厚3.7m，煤層傾角9°～18°；11505走向長380m，傾斜長90m，煤厚4.8m，煤層傾角4°～17°。

6 結(jié)語

北陽莊井田地質(zhì)條件極其復(fù)雜，比精查復(fù)雜。中小型斷裂構(gòu)造，是影響北翼首采區(qū)煤層開采的最主要的地質(zhì)因素。它們嚴(yán)重破壞了煤層的連續(xù)完整性，使煤層發(fā)生中斷后上下錯(cuò)位，傾角增大，煤層加厚或減薄，并伴有牽引褶曲、構(gòu)造節(jié)理等地質(zhì)現(xiàn)象，使采煤工作面不能順利進(jìn)行。特別是那些規(guī)模較大的斷裂，直接影響到采區(qū)的劃分。應(yīng)對北陽莊井田的地質(zhì)條件詳細(xì)分析，重新進(jìn)行采區(qū)劃分并研究適合北陽莊井田的采煤方式。

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作者簡介：王桂臣（1966-），男，河北獻(xiàn)縣人，開灤（集團(tuán)）蔚州公司工程師，研究方向：礦井地質(zhì)、礦井水文地質(zhì)技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：王 波）