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2023 年 8 月Aug.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.04.030煤矿微构造特征分析与研究（河南省资源环境调查四院，河南 郑州 450000）摘要 煤矿在开采之前，大型断层构造已基本查明构造特征及发育规律，其对煤炭资源开发利用的影响在勘探报告中已进行评述。但煤矿微构造的发育规律及其特征分布在煤矿开采之前一般很难调查清楚。通过分析平顶山四矿开采采面揭露的中小型断层断距、倾角、倾向及断层发育的密度，分析微构造发育规律及形成条件，进一步确定微构造成因规律及其对煤炭开采的影响，为煤矿安全生产提供保障。关键词 煤矿；微构造；中小断层；断距；发育规律中图分类号P618.11文献标识码B文章编号1672蛳 9943（2023）04蛳 0098蛳 030引言平顶山四矿位于平顶山煤田中部，矿井开采历史已超 60 a。矿井主要开采丁5-6、戊8、戊10、己16-17、庚20煤层，开采深度+125-608 m。通过对采面开采过程中揭露的微构造进行分析，研究其形成原因及发育特征，为煤矿安全开采提供保障。1微构造发育特征分析依据丁5-6煤层丁九采区、戊8煤层戊九采区、戊10煤层戊七采区、己16-17煤层己一采区、庚20煤层庚一采区等 5 个采区 5 个煤层开采揭露微构造为研究对象，对生产中揭露的小断层进行统计分析。小断层统计结果如表 1 所示。表 1小断层统计1.1微构造特征（1）从断层性质来分析。统计的 435 条小断层中，正断层 421 条，占断层总条数的 96.8%；逆断层仅 14 条，占断层总条数的 3.2%。（2）从断层走向来分析。经对各采区小断层产状统计和所作断层走向玫瑰花图分析可以看出，各煤层断层优势走向均以北东向为主。其中，尤以丁九采区丁5.6煤层、戊九采区戊8煤层最突出，且对应性较好；其它煤层均显示有北西向小断层的存在，并有一定的相似性。（3）从断层倾角来分析。丁5-6煤层断层倾角一般在 40毅60毅，20毅和70毅的均较少；戊8煤层断层倾角主要分布在 30毅60毅，10毅和80毅的均较少；戊10煤层断层倾角主要分布在 40毅60毅，30毅和80毅的均较少；己一采区己16-17煤层断层倾角分布较为广泛，从 20毅70毅之间均有连续分布；庚一采区庚20煤层断层倾角连续发育，其中 70毅90毅之间发育最多。整体来看，各煤层的断层倾角一般较大，普遍在 50毅以上，如图 15 所示。（a）走向玫瑰图（b）倾角分布直方图图 1丁九采区丁5-6煤层断层走向玫瑰花图及倾角分布直方图（a）走向玫瑰图煤层名称丁5-6煤层戊8煤层戊10煤层己16-17煤层庚20煤层合计采区名称丁九采区戊九采区戊七采区己一采区庚一采区断层条数/条114125497473435半径 7 条半径 11 条倾角/（毅）102030405060708090035302520151050能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4982023 年 8 月Aug.,2023刘振，等煤矿微构造特征分析与研究（b）倾角分布直方图图 2戊九采区戊8煤层断层走向玫瑰花图及倾角分布直方图（a）走向玫瑰图（b）倾角分布直方图图 3戊七采区戊10煤层断层走向玫瑰花图及倾角分布直方图（a）走向玫瑰图（b）倾向分布直方图图 4己一采区己16-17煤层断层走向玫瑰花图及倾角分布直方图（a）走向玫瑰图（b）倾角分布直方图图 5庚一采区庚20煤层断层走向玫瑰花图及倾角分布直方图1.2微构造落差分析丁5-6煤层：丁九采区共统计小断层 114 条，平均落差 1.11 m。其中，35 m 的 4 条，占 3.51%；23 m 的 11 条，占 9.65%；12 m 的 32 条，占28.07%；1 m 的 67 条，占 58.77%。戊8煤层：戊九采区共统计小断层 125 条，平均落差 1.38 m。其中，5 m 的 2 条，占 1.6；35 m的 7 条，占 5.6%；23 m 的 10 条，占 8%；12 m的 38 条，占 30.4；1 m 的 68 条，占 54.4。戊10煤层：戊七采区共统计小断层 49 条，平均落差 1.63 m。其中，5 m 的 2 条，占 4.08%；35 m 的 3 条，占 6.12%；23 m 4 条，占 8.16%；12 m 的 22 条，占 44.91%；1 m 的 18 条，占36.73。己16-17煤层：己一采区共统计小断层 74 条，小断层平均落差 2.15 m。其中，5 m 的 6 条，占 8.1%；35 m 的 3 条，占 4.1%；23 m 为 10 条，占13.5%；12 m 为 26 条，占 35.1%；1 m 的 29 条，占 39.2%。庚20煤层：共统计小断层 73 条，小断层平均落差 1.59 m。其中，5 m 的 2 条，占 2.7%；35 m的 4 条，占 5.4%；23 m 为 11 条，占 15.1%；12 m 20 条，占 27.4%；1 m 的 36 条，占 49.4%。整体来看，矿井内的小断层落差以小于 1 m 居多，可达 218 条，占统计数量的 50.11%，这类小断层对煤矿生产影响性较小；断层落差 13 m 的小断层 184 条，占统计数量的 42.30%，这类断层对开采小于 1.3 m 的薄煤层有一定影响，容易造成煤层不连续及煤巷开挖错位；断层落差3 m 的断层33 条，占统计数量的 7.59%，这类断层对开采 3.5 m以下的中厚煤层影响较大，导致岩层错位，煤层不连续，增加了开采的难度。各个煤层小断层断距分析结果如表 2 所示。半径 6 条半径 8 条半径 7 条倾角/（毅）倾角/（毅）倾角/（毅）倾角/（毅）102030405060708090050403020100102030405060708090035302520151050102030405060708090040353025201510501020304050607080900302520151050992023 年 8 月Aug.,20231.3微构造密度分析通过对丁组煤层微构造分析，平均小断层密度为 40 条/km2，小断层分布具有不均一性，在丁九采区工作面附近，小断层较发育，其余位置小断层发育相对较弱。通过对己16-17煤层微构造分析，平均小断层密度 100 条/km2，小断层分布具有不均一性；在己一采区工作面附近，小断层均较发育，并且上下煤层之间小断层发育区具有一定对应性。对戊8煤层和戊9-10煤层微构造分析，平均小断层密度分别为58 条/km2和 71 条/km2，小断层分布亦具有不均一性，在戊九采区、戊八采区工作面附近，小断层相对较发育。此外，上下煤层之间小断层发育区也具有一定的对应性。对庚一采区庚组煤层 21010 采区附近的小断层进行统计，结果表明平均小断层密度约为 30 条/km2。1.4微构造特征分析微构造面多呈缓波状，部分为构造面光滑平直。断裂带较发育，可见岩石和煤层破碎及两侧煤层牵引、揉皱现象，如图 6 所示。图 6东翼皮带下山西帮断层牵引构造素描图小断层组合特征。在水平投影面上，同组断层在走向上大致互相平行，一般不相交。而北东向和北西向 2 组断层组合成 X 型，2 组优势断层夹角大约 70毅。在剖面上，走向平行，相向倾斜或倾向一致的小断层常形成小型地垒、地堑或阶梯状构造，如图 7、8 所示。图 7戊8煤层戊七东翼运输巷地堑构造素描图图 8己16-17-21111 机巷上帮阶梯状构造素描图2结论（1）平顶山四矿井下可分为 3 个微构造带，其位置不同，形成与控制因素有较大的差异性。南部 NWW 向微构造带：该微构造带在丁5-6煤层不存在，在戊组煤层中仅见几条，而己16-17煤层发育较好，控制该断层带发育的主要因素是区域构造。与区域构造距离越近，小断层愈发育，且小断层的走向与区域构造越接近。东部构造带：构造带呈NEE-NNE 向展布，受大中型构造的控制较弱。依据分析研究，微构造在平面上呈之字型，显示早期剪节理的特征，小断层的优势方位为 NW 向和 NE 向2 组，二者夹角在 70毅左右，同煤系地层中常见岩石剪裂角相近。西部构造带在发育特征上与东部构造带相似，断层走向与区域向斜构造近似垂直，显示区域向斜对微构造影响机理，微构造面一般平整光滑，具剪节理面特征。微构造属燕山期区域向斜形成时期，由全区统一的 NE-SW 向挤压力作用下形成的早期 X 型共轭剪节理进一步发育转化而成。（2）微构造分布具有不均一性，上下煤层之间小断层发育区具有一定的对应性，显示微构造发育带的构造特征。（3）井田开采煤层大部分为中厚煤层，通过微构造断距分析，大于 3 m 断层对煤矿巷道施工和采煤工作面的连续推进有一定影响，增加开采难度。（4）通过分析平顶山四矿微构造特征及发育规律，目的是为矿山采面安全开采提供保障，促进矿山安全生产。作者简介刘振（1986-），男，地质工程师，毕业于中国地质大学（北京）资源勘查工程专业，长期从事地质工作。收稿日期：2022-11-08表 2煤层小断层断距分析结果煤层1 m 断距/条12 m 断距/条23 m 断距/条35 m 断距/条5 m 断距/条平均落差/m合计断层数/条丁5-6673211401.11114戊8683810721.38125戊1018224321.6349己16-17292610362.1574庚20362011421.5973总计218138462112-435H=2.0 m蚁53毅/71毅2毅掘进方向H=1.0 m蚁53毅/71毅H=7.5 m蚁56毅/64毅能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4100