田莊礦斷裂構造復雜性與發(fā)育規(guī)律的分析研究

賈延坤

（山東能源臨礦集團田莊煤礦，山東 濟寧 272103）

1 礦井概況

礦井位于濟寧高新區(qū)王因鎮(zhèn)境內，2002年11月正式投入生產，核定生產能力90萬噸/年，主采16上和17層礦，礦層厚度分別為1.2m、0.97m，均為薄礦層；礦種為氣礦。礦井低瓦斯、低二氧化碳，井田面積32.07km2。主、副、風井三個立井開拓、二個水平開采、中央并列式通風，走向長壁后退式采礦方法，根據地質條件不同，采用多種采礦和掘進工藝[1]。

2 斷裂構造對開拓布局與生產的影響

田莊礦主采礦層16礦平均厚度1.2m，17礦平均厚度0.97m，落差1m左右的斷層就可以將礦層斷失，掘進期間必須進行挑頂，臥底或施工全巖巷道尋找失翼礦層；工作面斷層多，頻繁補開回采切眼，造成萬噸掘進率大幅升高；落差在5m～10m左右的斷裂構造直接影響工作面及采區(qū)開拓布局。受地質環(huán)境影響，礦井斷層密集，產狀復雜多變，是影響礦井生產的首要問題[2]。

3 生產揭露斷層復雜性情況描述

斷層落差大，走向延展較短，根據工作面實際揭露，此類斷層主要表現在斷層走向延展長度不大于30m，但落差發(fā)生急劇變化，極易造成，工作面推采受阻，無法正常推進。需重新施工補切眼，安裝回采設備，不僅影響回采進度還造成丟礦現象。（圖1）

圖1 工作面揭露斷層示意圖

斷層延展較長，走向，傾角變化大，此類斷層致使工作面順槽不能按照設計方向布設，增加運輸設備、環(huán)節(jié)，且造成工作面丟礦現象。斷層落差大，次生斷層多，斷層破碎帶寬膠結性差，造成掘進支護困難，切極易發(fā)生冒頂事故。斷層密集，在短距離內，發(fā)育有多條，產狀差異較大的斷層，造成巷道上下起伏大，運輸困難，回采困難。

4 斷層發(fā)育規(guī)律研究與分析成果

4.1 斷層延展長度與走向變化

礦井正常地質工作中，常常將相鄰順槽或工作面揭露的產狀、走向近乎一致的斷層，理解為同一條斷層。但在田莊礦礦實際生產中，因斷層走向變化大，相鄰采掘工程揭露產狀、走向近乎一致的斷層，為同一斷層的實際情況不多（據統(tǒng)計只占30%左右）。因此不能盲目將相鄰區(qū)域揭露的產狀、走向近乎一致的斷層解釋為同一條斷層，而施工補切眼或巷道工程。

4.2 同一條斷層在不同層位產生不同斷層傾角、落差

在多層礦開采的礦井中，常常利用上部礦層開采時揭露斷層的產狀，對下部礦層斷層位置及落差進行預計。根據田莊礦礦開采的實際揭露情況證實，在層間距只有6～7米的16、17層礦中，16礦揭露斷層傾角，落差與17礦差異很大，有時16層礦中存在的落差較小的斷層，在17層礦中未發(fā)育；斷層位置與按照16礦斷層傾角推斷的位置差異較大。經實踐研究分析，主要原因是，石炭系地層中，巖性變化較多，巖層性質不同、硬度懸殊較大，在地層受壓斷裂過程中，因巖性不同造成落差、傾角差異較大。硬度高的脆性巖石斷層面整齊，落差相對較大，軟性巖石落差相對較小或只產生褶曲未斷裂的情況。

4.3 同一條斷層不同地點傾角的變化與斷層性質的轉變

斷裂面傾角的方向決定了斷層的性質，正斷層，受水平拉伸發(fā)生張裂，上盤相對下降，下盤相對上升，斷層面傾角較大，一般在45°以上；逆斷層，受水平擠壓，上盤相對上升，斷層面傾角較小。

田莊井田經采掘實際多次揭露，同一條斷裂，斷層面的傾角方向相反，正斷層轉為逆斷層情況。此種現象多發(fā)生在斷面傾角在70°～80°的正斷層上，斷層面傾角由后傾轉為前傾，斷層性質有正變逆。在相鄰順槽揭露時為一條正一條逆，推采完全揭露斷層后，發(fā)現是同一條斷層（圖3）。傾角發(fā)生逆轉后的逆斷層均為逆沖斷層，逆掩斷層、輾掩斷層未發(fā)現類似情況。

圖3 斷層面傾角發(fā)生扭轉平面示意圖

4.4 不同時期形成的斷層在實際采掘過程中體現

根據礦井工作面實際揭露以下幾種情況能夠充分體現斷層的先后形成時間。

AA’斷層先期形成后B斷層后形成，并在產生錯動的同時產生了水平移動，造成AA’斷層在平面位置上發(fā)生偏移。C斷層先形成D斷層后形成，C斷層延展較長，斷層落差大造成斷層兩盤相對孤立，后構造運動不劇烈，只在斷層上盤形成斷裂，產生落差。