浅析新村井田地质构造特征及控煤作用

[摘要]通过对福建省天湖山煤矿区新村井田地质构造特征的认识及地质构造对煤层控制作用的研究,分析了影响煤层厚度变化和煤层形态的主要地质构造因素,为指导该井田内的福建省永春煤矿官殊矿井、天湖岩矿井确定适当的采区区段垂高,合理布置采掘巷道和选择合理的采煤方法起到很好的作用。

[关键词]煤矿地质构造特征控煤作用

1概况

1.1矿区自然地理条件

新村井田位于永春县城西北直距37公里。隶属永春县下洋镇管辖。本井田目前尚无铁路相通,只有漳(平)泉(州)铁路通车到安溪剑斗,支线通车到下洋镇。公路交通尚方便,井田内有天湖岩矿区公路经过,井田东侧经永春县城可达福州、厦门、泉州、漳州等市,西侧有公路通鹰厦线漳平火车站。

矿区地处戴云山山脉南段,呈北东走向,地势较高,沟谷纵横,属侵蚀构造中低山丘陵地形,最高标高+1190m,最低侵蚀基准面+487m。矿区属亚热带季风气候,常年温湿多雨,最高气温39゜C,最低气温零下1.5゜C,主导风向为东南风。

1.2矿井基本情况

福建省永春煤矿官殊矿井是福建省永春煤矿的骨干矿井,系县经贸局管辖的国有企业。核定生产能力为6万吨/年。福建省天湖山能源实业有限公司天湖岩煤矿系省属国有生产矿井,资源枯竭,接近闭坑。井田含煤地层属二迭系下统童子岩组地层,主要开采对象为一段下带的53#及60#煤层。53#煤层为不稳定型的第一种情况,60#煤层较稳定,属中等灰份、特低硫、低磷、低挥发份、中等发热量的一号无烟煤。 60#煤层大部分赋存于+623标高以下。53#煤层为可采煤层,大部分赋存于+200-+850之间。

2矿井地层

矿井出露地层由老至新为:二叠系下统童子岩组、侏罗系下统梨山组。

二叠系下统童子岩组(P1t)根据岩性、含煤性、古生物组合等特性,划分为三个段,地层总厚>434m。

童子岩组第一段(P1t1)为主要含煤层段,出露面积大,含煤性好,地层总厚334m。根据岩性、化石组合特征分为二个亚段四个带。

童子岩组第二段(P1t2)以浅海相沉积砂质泥岩、细粉砂岩为主,夹薄层细砂岩及钙质砂岩,不含煤,地层厚度51m,以富含多种属海相动物化石为特征。

童子岩组三段(P1t3)本段地层出露不全,仅揭露下部地层,地层厚度>49m。岩性以细粉砂岩、砂质泥岩夹细砂岩及煤层,含丰富植物碎片化石、似层状粉砂质结核。

侏罗系下统梨山组(J1l)仅见于煤矿东北边与煤系地层呈断层接触,岩性以浅灰色含砾砂岩,中粗粒砂岩为主,见夹青灰色细粉砂岩,地层厚度>200m。

2.1煤层及其分布特征、主采煤层顶底板特征

2.1.1煤层及其分布特征

煤矿主要可采与局部可采煤层均赋存于童子岩组第一段地层,矿井共有煤层40层,其中可采煤层为53号、59号、60号煤层,局部可采煤层为49号煤层。

煤层厚度:49号煤层平均厚度为0.84m,53号煤层平均厚度为0.78m,59号煤层平均厚度为0.70m。60号煤层平均厚度为1.07m。

煤层赋存十分复杂,紧密复式褶皱、复杂断裂相互叠加,煤层厚度变化大,对生产布局影响较大。

井田主要煤层的煤种均属一号无烟煤,煤质均为中灰、特低硫、低磷、中高发热量无烟煤,煤岩组份以半亮型煤为主。

2.1.2主采煤层顶底板特征

53号煤层:顶板,直接顶板为浅灰色细粉砂岩,薄—中厚层状,水平层理发育,含大羽羊齿等植物化石。见多层状似层状菱铁质结核,硅质胶结细砂岩(52号煤层间接底板),一般厚度2—4m。区域较稳定。底板,深灰色细粉砂岩,具缓波状水平层理,含植物根茎化石,厚度一般3~6m。

59号煤层:顶板,为深灰色,薄—中厚层状细粉砂岩或砂质泥岩,水平层理,含黄铁矿结核,大羽羊齿等植物化石,一般厚3m。底板,深灰色,薄—中厚层状细粉砂岩,水平层理,伪底0.20m炭质泥岩,富含植物根茎化石,间接底板为深灰色薄—中厚层状细砂岩,或细砂岩夹细粉砂岩,一般厚1~2m。

60号煤层:顶板,浅灰色细粉砂岩、砂质泥岩,薄—中厚层状,线状水平层理发育,含少量大羽羊齿植物化及碎片,一般厚2m。底板,灰黑色细粉砂岩,含少量植物根茎化石偶见扁豆状、蚕豆状粉砂质结核。间接底板为中厚层石英细砂岩,厚度较稳定,一般厚2~7m。

2.2 矿井水文地质条件

煤矿所处地形的位置较高,大气降水是本区地下水的主要补给来源,地表水体对煤层的开采,无灾害性突水危害。煤系地层为弱裂隙含水岩组,井田内的可采煤层均无直接接触到石灰岩地层,断裂构造带的充水、导水性一般较弱。故矿区水文地质勘探类型为简单型。

3矿井地质构造特征及控煤作用

3.1矿井地质构造特征

天湖山矿区在区域构造上属于海西期闽西南凹陷,含煤区在印支特别是燕山运动期间地表活动最为强烈,火山喷溢、岩浆进发,同时产生大规模推覆、滑脱,后期改造被破坏之烈,举世罕见,纵惯矿区南北的大逆掩F31断层,把矿区划分成两个构造类区,下盘和上盘,下盘以褶皱构造为主,断层和岩浆侵入,上盘以断裂构造为主,褶曲发育,有岩株、岩墙侵入。

两个矿井所开采的煤层均位于F31断层上盘。所反映的构造特点,基本上以断层为主,褶皱次之,井田内有部分岩浆墙侵入。断层以北东走向的逆断层为主,破坏了煤层的整体性和连续性,也造成了主采煤层的多次重复。本井田构造复杂程度属中等至复杂(见图1)。

图1天湖岩矿井构造示意图

3.1.1褶皱

在天湖岩煤矿地层呈向SW—NW倾斜的波状单斜构造。沿地层走向或倾向均有次级的小型褶皱(幅度一般50m以内),主要发育于付18线至付19线褶皱较紧密,轴向一号井近NE,二号井转NEE;向SW倾伏;倾伏角一号井10°—20°,二号井5°—8°;总体倾向西,两翼不对称,背斜西翼缓,东翼陡,向斜反之。在官殊矿井中幅度大于50m的主要褶曲有6个。

3.1.2断层

矿区内断层十分发育,大小断层纵横交错,尤其F31缓倾角推覆断层横切全区。依其断层走向约可分成北东向和北西向两组。北东向断层为F31缓断裂派生的断层,地官殊矿井落差大于50m的断层有F1、F25、F26、F49、F19、F24、F31共7条。在天湖岩矿井落差大于30m的有F37、F49、F4、F61、F62、F63、F46等7条逆断层和F45正断层,北西向断层为F31缓断裂(见表 1)。

表1井田内主要断层

断层编号断层性质走向倾向倾角落差备注

F31逆掩断层NW—SESW5°—15°>100煤矿深部及北部边界

F37逆掩断层NE—SWNW65°65—180m煤矿北西边界

F49逆掩断层NE—SWNW65°60—>100m煤矿东南边界

F4逆掩断层NE—SWNW70°—80°30—80m煤矿中部

F46逆掩断层NE—SWNW70°60—80m煤矿北西边界

F61逆掩断层NE—SWNW60°80—150m煤矿东南边界

F62逆掩断层NE—SWNW60°20—80m煤矿东南边界

F63逆掩断层NE—SWNW55°60m隐覆F62断层上盘

F45正断层NE—SWNW70°50—60m煤矿西北边界

F31断层:F31断层为天湖山煤矿区域的平缓推覆断层,也是煤矿北部分界断层,走向北西—南东向,延伸十余公里,倾向南西,倾角5°—15°,推覆距离5km以上,断层面呈舒缓波状。

F37断层:为煤矿西部边界的逆断层,走向北东—南西,倾向北西,倾角约65°,落差65—180m,延伸长度大于3900m,深部有含春8、11、28、33、45号和ZK160号钻孔及地表工程控制,地表表现为煤系地层重复。

F49断层:为煤矿东部边界的逆断层,走向北东—南西,倾向北西,倾角65°,落差60—>100m,深部有西萍17-2、含春34、CK104钻孔及地表工程控制,北端被F31断层所切,P1t煤系地层重复。

F4断层:为纵贯煤矿中部的逆断层,其北被F31断层所切,走向北东—南西,倾向北西,倾角70°—80°,落差30—80m,深部有含春10、13号钻孔及地表工程控制,地表P1t2逆于P1t3地层之上。

F46断层:延伸煤矿西北部的逆断层,走向北东—南西向,倾向北西,倾角约70°,落差60—80m,其北端交F45断层,南端被F37断层所切,深部ZK155、CK108钻孔控制。

F61断层:为煤矿东南部一条逆断层,走向北东—南西,倾向北西,倾角约60°,落差80—150m,其北端被F49断层所切,深部有CK107、CK118钻孔及地表工程控制,P1t2逆于P1t3地层之上。

F62断层:为煤矿东南部一条逆断层,走向北东—南西,倾向北西,倾角约60°,落差20—80m,主要延伸在煤矿18—19线间。

F63断层:隐覆于F62断层上盘的逆断层,走向北东—南西,倾向北西,倾角55°,落差60m,其上部交于F62断层,深部有含春13号钻孔控制。

F45断层:延伸于煤矿西北部的一条正断层,走向北东—南西,倾向北西,倾角70°,落差50—60m。

总之,煤矿内断层发育,且断层走向与地层斜交,交角一般在15°—40°,把煤层切割与挤压成藕节状、锯齿状等各种不同形态。

3.2 地质构造变动使煤层厚度发生变化

本井田煤层或含煤建造形成以后,由于后期褶皱和断裂等构造变动的影响,特别是断裂构造的十分发育,不但改变了煤层的原始产状,而且还引起煤层形态和厚度的变化,使煤层出现重复、缺失。由于煤层本身比较松软,在构造应力的作用影响下容易发生塑性流动变形,在矿井内产生局部增厚、变薄、尖灭、或和顶、底板互相穿插等现象。

图2官殊矿井-12线探采对比剖面图

3.2.1以褶皱构造变动为主引起的煤层厚度的变化

在天湖岩矿井内830水平煤层褶皱较发育,其W2石门59号煤层在褶皱变动的影响下形成背斜、向斜构造,在此形成过程中,59号煤层等软弱岩层在其与顶底板岩层一起弯曲时,岩煤层不仅发生挤压、牵引或倒转,并同时引发层间动,使软弱岩层、煤层等出现内部流动现象,在背斜、向斜的轴部及两翼地带造成不同的煤层厚度变化。59号煤层在水平挤压力作用下,煤层厚度变化过程是随着褶皱作用的不断发展,翼部煤层因发生塑性流动而变薄,轴部则出现一定的空间,使煤层在塑性流动下逐渐增厚;在垂向力作用下,煤层在背斜轴部和两翼部位变薄,而在向斜轴部增厚。厚煤带和薄煤带在平面上相间呈一定方向延伸。

矿井内不协调褶皱使煤层产生不规则的增厚带、变薄带或煤包。局部小褶皱幅度很小,仅影响煤层的顶板或底板,形成“顶褶底不褶”或“底褶顶不褶”现象。

3.2.2 以断裂构造变动为主引起的煤层厚度的变化

矿井断裂构造对煤层厚度的影响主要表现为出现断层无煤带或煤层沿断裂面两侧变薄或加厚带。一般张性、张扭性断层常由于引张拖拽作用而使煤层变薄;而在压性、压扭性断裂面两侧,则可能由于逆掩重叠或挤压聚集而使煤层增厚。

3.2.3褶皱和断裂并举的构造变动所引起的煤层厚度的变化

在这种情况下,矿井煤厚变化既有褶皱影响的特征,又有断裂影响的特征,因而使矿井内煤层形态呈现非常复杂的面貌,增厚、变薄、中断、分岔等现象频繁,在775水平W3石门16S运巷50号煤层见顶板锯齿,825水平E2石门53号煤层见底板锯齿,井田内煤层常呈锯齿状。

3.3 地质构造变动使煤层出现重复、缺失

本井田断裂构造十分发育,主要是由于发生在印支期的F31缓倾角推覆断裂,后期继续活动,所派生出的逆冲断裂,其发生在燕山期与燕山晚期,后期频繁活动,所以具有多期次,多层次的推滑叠加,互为影响,使区内的构造非常复杂,煤层形态的流变也更加复杂。矿井大断层一般作为井田边界,在石门、运巷揭露中常见中小型断层,一般正断层使煤层缺失,逆断层使煤层重复。

775水平NW部多为单斜构造,在W3石门12N运巷编录中见50号煤层和顶底板岩石中裂隙显著增加,煤岩层产状突变,根据对断层两侧的牵引褶皱等判断其为f2正断层,破碎带宽度为0.50m,由于f2正断层是高角度的断层,上盘下降,下盘上升,造成煤层不连续缺失, 使之要过断层寻找断失翼煤层。

在805水平W3石门06N运巷53号煤层在遇到f1逆断层时,由于f1逆断层是低角度的逆掩断层,上盘上升,下盘下降,造成煤层出现重复。

4特点与应用

4.1构造特征及控煤作用的特点

地质构造变动特征可以引起煤层厚度、形态的变化,也可以使煤层出现断失、重复。矿井地质构造特征及控煤作用一般特点有:第一,使井田内煤层的原始结构遭到破坏,煤呈碎粒状、鳞片状、粉末状,并出现擦痕、磨光镜面和层间揉皱,煤的光泽变暗,灰分增高;第二,使煤层的增厚带和变薄带相间出现,并沿构造线方向呈条带状分布;第三,煤,岩层间常出现不协调褶皱,有时两者互相穿插,使煤层呈复杂形态;第四,中小型断层为主,破坏了煤层的连续性,也造成了主采煤层的多次重复;第五,煤矿内中小型断层十分发育,且断层走向与地层斜交,把煤层切割与挤压成藕节状、锯齿状等各种不同形态。

4.2在矿井中的应用

根据本井田断裂构造十分发育,褶皱次之的构造特点,认识到煤层形态千变万化,井田内中小型断层构造非常发育,常使一些不可采煤层挤压形成可采煤层,也造成可采煤层的多次重复出现或缺失,为地质找煤工作提供可靠的依据。其次,运用认识的这个规律服务于生产,在研究确定适当的采区区段垂高;研究布置块段岩石通风井;留压薄带支撑顶板采煤方法的研究、运用等均取得显著的效果。

参考文献:

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