林南仓矿构造煤发育特征及对瓦斯赋存的影响

王永军，王 毅

(1.开滦(集团)有限责任公司，河北 唐山 063000;2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 徐州 221008;3.中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏 徐州 221008)

构造煤是在一期或多期构造应力作用下，煤体原生结构、构造发生不同程度的脆裂、破碎或韧性变形或叠加破坏，甚至达到内部化学成分和结构变化的一类煤［1－2］。构造煤具有低强度、低透气性、高吸附性和高解析性，大量的现场调查统计资料表明，煤与瓦斯突出都选择性地发生在煤层中的构造煤发育区［3］。因此，深入研究构造煤的发育特征、形成机制及其构造控制机理等，对煤矿瓦斯灾害防治具有重要的意义。林南仓煤矿矿井地质条件复杂，构造煤发育。构造煤的存在，使瓦斯含量增高，对矿井的通风设计、采掘布置，甚至煤矿安全产生了重要影响。本文以井田生产资料为基础，研究了林南仓矿构造煤发育的基本特征，并探讨了构造煤对瓦斯赋存的影响。

1 地质构造特征

林南仓煤矿位于蓟玉煤田林南仓井田范围内，井田面积为22.0 km2。井田范围内自下而上依次发育有下古生界奥陶系中、下统，上古生界石炭系上统、二叠系，新生界第四系，缺失古生界奥陶系上统、志留系、泥盆系和石炭系下统，及中生界的地层。主采煤层为晚石炭世的赵各庄组(煤11、煤12)和早二叠世的大苗庄组(煤5、煤6、煤8、煤9)。

林南仓矿地质构造较为复杂，以断层为主，褶曲和火成岩次之。井田内共发育有断层98条，其中落差大于10 m的有4条。井田断层以正断层为主，逆断层为辅，主要延伸方向为NWW方向和SN方向。林南仓矿整体为一不规则的盆状向斜构造，其左翼呈NW方向展布，右翼则呈NE方向展布，其轴迹整体呈向SSW凸出的弧形展部。同时，在生产过程中，还发现一系列的次级褶曲，但褶曲轴延展较短。区内火成岩发育，被火成岩侵蚀范围占井田面积的2/5，火成岩的侵入由靠近F2断层往西逐渐严重。整体而言，林南仓矿地质构造复杂，整体构造异常从东部的NE向展布，逐渐转到西部的NWW向展布，揭示了林南仓向斜是多期构造改造，是不同构造应力场叠加作用的产物，且平面上构造变形存在不均一性。

林南仓矿井田构造纲要图见图1。

2 构造煤发育特征

2.1 构造煤煤体结构

构造煤与原生结构煤的主要区别是煤岩体发生了构造变形，并且具有不同结构、构造特征，主要有其宏观煤岩类型较难分辨，其煤体结构多破碎成粒状、片状、糜棱状夹少量块状，常见小褶皱、小断裂构造［1］。

图1 林南仓矿井田构造纲要图

林南仓矿的各主采煤层受构造破坏的程度存在明显的差异，大量的生产实际和勘探工作表明，矿井的构造煤主要发育在11煤层。当受到区域挤压作用时，煤层相对较为软弱，易发生流变而形成构造煤。煤的原生结构被破坏，煤体破碎成块状、颗粒状，煤层层理由隐约可见至消失，具有构造擦痕，裂隙发育密度高。部分煤层破坏严重呈鳞片状，煤中小滑面众多，发育有顺层断层，有时还发育有滑塌构造，煤体及顶板均遭受破坏。根据构造煤结构—成因分类，确定其主要构造煤类型从碎裂煤到鳞片煤不等，以碎裂煤为主。构造煤发育区往往使得煤的硬度降低(表1)，根据其煤的破坏类型和力学性质，确定其破坏类型为II型［2］。

表1 林南仓矿各煤层的△p、f实测值

2.2 构造煤发育主控因素分析

构造煤的形成除了与成煤的物原、煤岩组分、煤岩类型及煤层的不均一性有关外，主要是构造应力作用的结果。构造煤的区域分布主要受构造控制，挤压构造带是构造煤主要分布区，伸展构造带的边缘是构造煤的次要分布区，伸展构造带的内部主要是原生结构煤分布区;构造煤的层域分布主要受煤厚控制，即构造煤主要发育在厚煤层中。纵弯褶皱作用下构造煤主要形成在翼部，后期也形成于转折端。断层作用下构造煤主要形成在上盘［4］。

林南仓矿古生界煤系地层自形成以来经历了多期构造变动，目前的构造是多期次构造运动的叠加。研究显示，林南仓矿主要受五期构造演化的影响。海西～印支期受SN向主应力作用;燕山早～中期受区域的NWW－SEE向挤压，发育了林南仓向斜;燕山晚期:挤压应力场转为NEE－SSW向，对林南仓向斜的西部区改造明显，并沿断层发育了大量岩浆岩侵入;燕山末～喜山早期:近SN或SSW－NNE向的伸展作用，发育了为数众多的NWW向正断层;喜山中期至今近东西向挤压作用［5］。多期次的构造活动，形成了林南仓煤矿复杂的构造地质条件，从而形成了区内构造煤发育的基本特征。

3 构造煤发育对瓦斯赋存的影响

煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力和煤体结构三个因素综合作用的结果。大量的突出点调查统计表明，发生突出的地点及其附近一般都有构造煤发育。构造煤发育区是应力集中区，构造煤孔隙度大，渗透性差，有利于瓦斯的保存，致使煤层中瓦斯压力一般也比较高。此外构造煤强度及抵抗外力破坏的能力较原生结构煤显著降低，最容易被破坏和抛出。上述研究表明，构造煤对煤与瓦斯突出具有控制作用，构造煤最发育的区域和层位，一般是煤与瓦斯突出最严重的区域和层位。一般情况下，褶皱的翼部和断层上盘构造煤最发育，煤与瓦斯突出也最严重［4］。

林南仓煤矿开采实践表明，矿井瓦斯赋存与区内构造煤发育程度密切相关。掘进巷道中的瓦斯涌出与煤体的破坏程度有关。在断层带由于煤、岩体破碎而增加了煤的空隙度，导致游离瓦斯增多，因此，在接近断层时，尤其是正断层时，瓦斯涌出量会有一定量的增加。另外，从构造应力分布角度来分析，在断层尖灭端，有利于地应力局部集中，也易形成瓦斯相对集中。因此，在掘进或采煤过程中遇到断层时，瓦斯含量明显增加，往往造成断层附近的局部瓦斯涌出明显增大(图2，图3)。

图2 断层附近瓦斯含量等值线示意图

图3 －650西大巷遇逆断层瓦斯涌出量记录图

4 结论

1)林南仓煤矿地质构造较为复杂，多期次的构造活动形成了区内构造煤发育的基本特征。这些构造煤呈碎裂状至鳞片状不等，通过井下揭露及煤样测试，确定本区构造煤主要类型为碎裂煤，煤体结构破坏类型为II型。

2)构造煤低强度、低透气性、高瓦斯压力的特性对区内瓦斯的赋存状态产生了重要影响。开采实践表明，井田断裂带内构造煤发育，瓦斯含量增加，涌出量增大。

［1］琚宜文，姜 波，侯泉林，等.构造煤结构－成因新分类及其地质意义［J］.煤炭学报，2004，29(5):513－517.

［2］琚宜文，姜 波，王桂梁，等.构造煤结构及储层物性［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2005:22－40.

［3］付江伟，史小卫，孙明闯.九里山井田构造煤空间展布特征与成因分析［J］.煤炭科学技术，2010，38(1):107－110.

［4］邵 强，王恩营，王红卫，等.构造煤分布规律对煤与瓦斯突出的控制［J］.煤炭学报，2010，35(2):250－254.

［5］王 猛，朱炎铭，袁 伟.林南仓煤矿矿井构造特征［J］.黑龙江科技学院学报，2006，16(6):382－386.