四川省芙蓉礦區(qū)的層滑構(gòu)造

王冰渡

摘 要 通過對四川省西部宜賓市珙縣境內(nèi)珙長背斜西端芙蓉礦區(qū)層滑構(gòu)造系統(tǒng)的井下及室內(nèi)調(diào)繪測試，查明了層滑有NE向和EW兩個方向。向由層滑面和層滑帶所造成的煤層流變，煤粒碎裂是制約瓦斯形成與富集的主控因素。層滑構(gòu)造研究是預(yù)測、預(yù)報煤與瓦斯突出的重要任務(wù)之一。

關(guān)鍵詞 層滑斷層面 層滑構(gòu)造帶 煤層流變 瓦斯與富集

中圖分類號：TD712.2 文獻標(biāo)識碼：A

任何沉積巖層在構(gòu)造變形過程中都會發(fā)生層間滑動，而含有軟弱夾層的煤系地層中，層間滑動和層內(nèi)流變更是極為普遍的現(xiàn)象。層滑運動造成煤層流變是揭示自然界中應(yīng)變、介質(zhì)、環(huán)境、能力、動力、時間各因素之間相互關(guān)系的突破口。層滑控制著瓦斯的形成與富集，是制約煤和瓦斯突出最重要的因素。通過四川芙蓉礦區(qū)礦井層滑構(gòu)造規(guī)律及其對瓦斯所形成與富集相互關(guān)系的研究，總結(jié)層滑對瓦斯富集與突出的控制作用，為防止和減少煤與瓦斯突出，為煤礦安全采掘生產(chǎn)提供科技依據(jù)。

1芙蓉礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造基本特征

芙蓉礦區(qū)位于四川盆地南緣宜賓市南的珙縣境內(nèi)（見圖1），位于NWW的珙長背斜的西端。東西長30km，南北寬12km，面積360km2。計有杉木樹、巡場、芙蓉、白皎、珙泉等5對礦井生產(chǎn)（另有地方屬高縣礦）。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、瓦斯突出嚴(yán)重；但揭露資料豐富、地質(zhì)規(guī)律明顯，是探索層滑制約瓦斯賦存規(guī)律的良好基地。

1——NW向背斜；2——E—W向背斜；3——NE向褶皺；4——煤層露頭；5——煤層等高線；6——井田邊界

圖1：芙蓉礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡圖

區(qū)域內(nèi)出露的地層由老到新依次為寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊和第四系，總厚近6000m。區(qū)內(nèi)無火成巖分布。煤系地層為二疊系上統(tǒng)宣威組，厚130m，分為下、中、上3個含煤段：中段B煤組含B2、B3、B4三個間距很近的煤層；上段C煤組含五號煤層。各煤均為無煙煤，煤與瓦斯突出均較嚴(yán)重。

區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造以褶皺為主，計有NWW、E—W、NE等3個方向。區(qū)域主體構(gòu)造是NWW向的珙長背斜；E—W向褶皺分布于珙長背斜的南北兩翼，向斜北陡南緩；NE向褶皺疊加于前兩組構(gòu)造之上。西端的杉木樹井田位于NE向的濫泥塘向斜上；位于珙長背斜北翼的巡場井田，地層傾角陡，層滑不甚發(fā)育；南翼的芙蓉、白皎和珙泉3個井田層滑十分發(fā)育，瓦斯突出均強烈。每個井田內(nèi)中小斷層都很發(fā)育，以EW，NE，NW三組為主，規(guī)模一般較小，但數(shù)量很多與層滑構(gòu)造組合成一起，為瓦斯的形成與富集創(chuàng)造了條件。

2礦區(qū)層滑斷層與層滑構(gòu)造

層滑斷層指受巖性或地層的層面控制，平行或近于平行巖層層面的斷層。形成層滑斷層的構(gòu)造作用，稱為層滑運動。由層滑運動形成的滑面及滑面上下的伴生構(gòu)造，共同構(gòu)成層滑構(gòu)造。

2.1層滑斷層面

在煤礦礦井中的層滑斷層多數(shù)是在煤層附近發(fā)育。斷層面沿煤層與頂、底板之間、煤分層與夾石層之間、光亮型煤構(gòu)成的軟弱煤分層中間通過，所以也有人稱為順煤層斷層。斷面可以單個出現(xiàn)，也可以成組出現(xiàn)。后者可分出主滑面與次滑面：主滑面斷面平直，規(guī)模較大，滑動明顯。芙蓉礦區(qū)主滑面上無明顯擦痕、階步，而有一層土狀的軟巖或軟煤分層，如B4煤層與頂?shù)啄鄮r之間的主滑面；次級滑面規(guī)模小，多呈弧形，滑動微弱，經(jīng)常變?yōu)榍袑影l(fā)育。芙蓉礦區(qū)次級滑面上擦痕階步明顯，有時可被方解石脈充填，方解石脈也可被揉搓成粉末狀。

對杉木樹井田B3+4煤層與頂?shù)啄鄮r之間主滑面斷裂構(gòu)造巖顯微鏡觀察：粘土礦物表現(xiàn)為定向排列；掃描電鏡下放大800～1100倍時，見粘土礦物被強烈擠壓揉皺；遇煤屑時顯環(huán)狀繞行，邊緣輪廊不清，煤屑分布也雜亂。經(jīng)X光衍射分析發(fā)現(xiàn)滑帶內(nèi)粘土礦物以伊利石為主，如白皎井田層滑帶一個樣品幾乎主要是伊利石，另一樣品中有30%高岑石，但伊利石和蒙脫石仍是主要成分。

2.2層滑構(gòu)造帶

層滑運動并非僅僅造成一個順層滑面，它還引起斷帶附件的煤巖體揉褶、斷裂、碎裂、流變形成或?qū)捇蛘膶踊瑤?，或稱層滑構(gòu)造變動帶。層滑派生的小褶皺一翼緩而長，一翼陡而短，甚至倒轉(zhuǎn)，由此可推斷滑面的運動方向。如在杉木樹井田實測一滑面上小褶皺的兩翼產(chǎn)狀，求出褶皺倒伏方向355€埃紗送貧先嘀逅詰納嚇淘碩較蛭？55€啊S苫鸕拿薌懟⑹樾筆蕉喜慊蚴鍬躍逽形展布的次級斷面也同樣可以判斷面上下的運動方向。

滑動導(dǎo)致煤體破壞搓碎、碎裂流動，不僅改變了煤體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，而且造成煤層的增厚與減薄，如白皎1482巷道一號煤底板發(fā)育的層滑，使煤層結(jié)構(gòu)破壞，煤層大面積增厚；白皎117區(qū)二、四號煤層因?qū)踊瑯?gòu)造，煤層重合，造成無法采全高。另一方面，滑動時也可造成煤層薄化，甚至尖滅。

2.3層滑帶的展布

在垂向柱狀剖面上B煤組的B2與B3+4煤之間只幾分到幾米的泥巖，層滑多發(fā)育于B煤組，特別是B3+4煤層頂板頁巖中。C組煤層很薄，滑面不發(fā)育。在橫向平面分布上，層滑構(gòu)造主要發(fā)育于珙長背斜南翼的芙蓉、白皎、珙泉三個井區(qū)；北翼的巡場礦井也有些，但很少。層滑帶與地層傾角有明顯的相關(guān)關(guān)系，現(xiàn)已揭露的滑帶與地層傾角的相關(guān)關(guān)系都集中在地層傾角在15€皛25€胺段冢？0€白罘⒂2慊乖齏詬骶錟詰姆植擠較蛐悅饗裕饕荖E方向。層滑構(gòu)造呈強烈變動帶與弱變或不變帶相間出現(xiàn)是受NE方向影響，層滑構(gòu)造呈強烈變動帶與弱變或不變帶相間出現(xiàn)；除白皎井田與大斷層的分布有一定關(guān)系外，主要是受NE向褶皺作用的控制。同級的層滑帶具有等距性的特點，如珙泉井田A，C，F(xiàn)，G4個同級的層滑帶，間距為210～260m，平均250m（如圖2），杉木樹礦田層滑構(gòu)造主要集中在濫泥坳向斜NW翼東部700～1100m范圍內(nèi)，延伸方向與褶皺完全一致，該區(qū)除受NE褶皺作用制約外，還與EW向構(gòu)造復(fù)雜帶有制約關(guān)系，在NE向及EW向復(fù)雜構(gòu)造交匯帶層滑最為發(fā)育。瓦斯突出的危險性也最嚴(yán)重。endprint

1——NW向背斜；2——NE向向斜；3——大、小斷層；4——煤層露頭；5——層滑帶；單線為巷道

圖2：芙蓉礦區(qū)珙泉井田層滑帶平面展布圖

3礦區(qū)瓦斯形成富集及其控制因素

煤中的孔隙和微孔隙是決定煤中瓦斯含量的重要因素。另外，煤的比表面大小對煤吸附瓦斯的能力有很大影響，而煤吸附瓦斯能力的大小決定著瓦斯突出危險的嚴(yán)重程度。比表面積大的煤層，瓦斯吸附量增大，這將會提高瓦斯突出的潛能。而煤層層滑引起的煤層碎裂流動將大大地增加煤粒的比表面積，也增大了煤中的孔隙，而因增大了瓦斯含量與瓦斯壓力。

芙蓉礦區(qū)目前開采的五對礦井中，珙長背斜南翼的三個井田傾角一般為5€皛12€埃欣諭咚溝木奐敫炒妗0尊ň锿咚購課？1.502～18.853m3/t，最大的瓦斯涌出量為88m3/min，而北翼退場絕對瓦斯涌出量僅為10.22m3/min。除了EW向褶皺控制瓦斯的賦存外，NE向褶皺由西向東褶皺程度由強變?nèi)?，寬緩的白皎背斜更有利于瓦斯的賦存與突出，白皎煤礦煤與瓦斯突出最為強烈。

芙蓉礦區(qū)的瓦斯賦存與突出嚴(yán)格地受層滑構(gòu)造展布特征的制約，突出強度也取決于層滑構(gòu)造的強度與規(guī)模，層滑引起的構(gòu)造破壞、煤厚變化、煤體破碎、孔隙率增高、瓦斯富集、壓力增大諸因素綜合作用的結(jié)果。由于層滑作用煤層被滑流而增厚或減薄，瓦斯的富集與突出普遍發(fā)生在煤厚異常部分，尤其是厚薄過渡區(qū)，急驟增厚區(qū)內(nèi)。當(dāng)然瓦斯的賦存與突出還與煤的變質(zhì)程度、煤層的埋藏深度、頂?shù)装鍘r層的穩(wěn)固封閉條件以及采掘施工過程與工藝有關(guān)，但是在諸地質(zhì)因素中層滑是制約瓦斯突出的主控因素。

4結(jié)束語

順層斷裂、緩傾角斷裂或?qū)踊瑪嗔训仍趲r層和煤層中都非常發(fā)育，而且在煤層中穿過時所造成的煤層流變、煤粒碎裂、能量耗散和瓦斯聚集，更是在實踐方面開拓了一個預(yù)測預(yù)報瓦斯突出的嶄新領(lǐng)域。而且這個領(lǐng)域是一切瓦斯地質(zhì)工作者必由之路，因為由有機殘體構(gòu)成的煤層，巖性最軟，在含有煤系地層的地區(qū)，層滑作用一般都要沿煤層或其頂?shù)装宕┻^。層滑運動造成的煤巖流變，不僅改變了煤層的形成和體積；而且還造成物質(zhì)成分的變化和應(yīng)變能量的轉(zhuǎn)化；煤的碎裂流，使煤粒逐漸變細(xì)的過程中，還造成煤粒表面積的急劇增大和表面能的增加，所以煤層流變實質(zhì)上是一種在時間和空間上有序的耗散結(jié)構(gòu)。耗散流變的功能作用不僅造成煤?？障对龆啵砻鎻埩υ龃?，而且還引起吸附和吸著瓦斯的能力大大增強，使瓦期更富集，并增大了瓦斯的能力和壓力，為采掘時煤和瓦斯突出準(zhǔn)備一切必要條件。這就是為什么不僅芙蓉礦區(qū)、而且一切高瓦斯礦井中都要通過層滑研究瓦斯的賦存與聚集，一切瓦斯地質(zhì)工作者都必須研究層滑構(gòu)造的根本原因。

參考文獻

[1] 徐鳳銀，朱興珊，魏銘康等.芙蓉礦區(qū)煤層賦存與突出的構(gòu)造控制與防治[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，1994：8-17.

[2] 王桂梁，徐鳳銀，龍榮生等.礦井構(gòu)造預(yù)測[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1993：28-47.

[3] 曹運興，彭立世，候泉林.順煤層斷層的基本特征及其地質(zhì)意見[J].地質(zhì)論評，1993，39（6）：522-528.

[4] 王桂梁，朱炎銘.論煤氣流變[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998，17（3）：16-25.endprint