许厂煤矿断裂构造规律研究

邵小朋， 徐旭东， 南莹浩

(华北科技学院 安全工程学院，北京 东燕郊 065201)

许厂煤矿断裂构造规律研究

邵小朋， 徐旭东， 南莹浩

(华北科技学院 安全工程学院，北京 东燕郊 065201)

根据许厂矿物探、钻探和生产过程中的资料，采用地质统计法对断裂构造要素进行统计分析，建立了断层落差与延展长度之间的经验公式。研究表明：许厂矿断裂构造较为发育且以正断层为主，断层走向主要以NE、近SN和NW为主。定量分析认为断层落差与延展长度呈正相关关系，断裂密度等值线表明区域东部和西部断层密度变化较大，南部和北部变化较小；断裂强度等值线表明断裂强度整体呈现从南向北逐渐减小的趋势。

许厂矿 ； 断裂构造； 构造要素;断裂密度等值线图

0 引言

断裂构造一直是制约矿井生产和煤炭勘查的主要地质因素[1]，随着煤矿机械化生产的普及，对地质工作也提出了越来越高的要求，许厂矿井受多期次构造改造作用，断裂构造较为发育，位于构造影响范围内，煤层稳定性较差，局部区域出现煤层尖灭现象，对矿井安全高效生产带来一定难度。因此需要对井田范围内断层进行统计分析，揭示断裂构造的发育展布规律[2-5]，为矿井安全高效生产提供理论基础。

1 区域地质概况

许厂煤矿位于济宁煤田的东北部，面积56.587 km2，区域大地构造位置属华北陆块、鲁西隆起、鲁西南潜隆起区、菏泽～兖州潜断隆、济宁凹陷(潜)。

济宁煤田东起孙氏店断层，西至嘉祥断层，北起含煤地层露头或二十里铺断层，南至凫山断层，南北长约30 km，东西宽16～22 km。

济宁煤田北部和南部分别为近东西向地堑构造，北部为汶泗断层与郓城断层所控制的汶上～宁阳地堑构造，南部为菏泽断层、凫山断层与单县断层所控制的成武～鱼台地堑构造，如图1。地堑构造均呈东西向延展，横贯济宁煤田北侧和南侧。煤田东部为磁阳背斜、兖州向斜、滕县背斜构成的北东向褶曲；西部为北北东向的巨野向斜。

图1 济宁煤田区域构造示意图

2 构造的基本特征

许厂井田于南北向济宁地堑构造内，区域性大断裂对井田内断层起着明显的控制作用，矿井内断层不论在方向上还是在形成时间、形成次序上均与区域断裂一致，具有区域断裂的特点，燕山运动第一幕在区内产生了北东向断层组，主要分布于矿井北部及东北部；燕山运动第二幕产生了北东向的西倾正断层组，该组断层在矿井内起主要控制作用，具有延展长、落差及走向变化大、结构复杂、附生断层发育的特点；

燕山运动第三幕使上述断层复活，并受到改造，使近南北向的大断层在局部块断内向北西方向偏转，形成S形扭曲，在扭曲部位派生出北西向的次一级断层，与主断层多呈“×”形相交或切割前期断层。如图2所示 许厂矿构造分布示意图。

3 断裂构造发育规律分析

3.1 断层数量与规模统计分析

许厂井田勘探和生产期间共查出断层837条，绝大数以正断层为主占98.57%，具体情况见表1 断层规模统计表。

表1 断层规模统计表

3.2 断层走向方位统计分析

井田范围内断裂构造发育，按不同的发育规模分为落差20m以上的断层35条，全为正断层；落差在10～20m的断层39条且全为正断层；落差小于10m的断层763条，绝大多数为正断层占98.42%。为了找出断层走向的发育规律，采用地质统计法，分别绘制落差H≧10m、H<10m的断层走向玫瑰花图，如图3、4所示，从图中可以看出，断层主要发育方向以北东向、近南北向和北西向为主；表明井田内断层受区域性大断裂的显著控制作用。

图3 许厂煤矿H≧10米断层走向玫瑰花图

图4 许厂煤矿H<10米断层走向玫瑰花图

3.3 断层落差与延展长度相关关系分析

用于表征断层发育规模的两个基本参数是断层落差和水平延展长度[6-7]，大量统计资料表明二者之间存在一定的相关关系，即通过收集研究区足够多的断层落差和延展长度数据，对数据进行统计分析，建立断层最大落差与水平延展长度的经验公式。

以X轴坐标表示水平延展长度L,以Y坐标表示断层落差H；绘制断层落差和延展长度关系散点图并进行回归分析得出回归曲线，如图5。建立两者之间的经验公式，如表2，由此可以得到大多数断层最大断距与延展长度存在良好的相关关系，相关性显著R2=0.7962.因此在井下遇到断层时可以对断层的延展长度进行粗略的预测。

表2 断层落差与延展长度拟合经验公式

3.4 断裂发育平面分布规律

断层密度(单位面积内断层条数)与断层强度是常用的断层发育程度定量指标[8]，以此作为量化指标，直接反映断裂发育程度。

本次分析研究运用煤层底板等高线作为地图，将其分为500m×500m的方格子，划分完毕后对每个方格内部的网格内的断层进行统计计算，之后通过Surfer8来绘制断层密度等值线图和断层强度等值线图，分别见图6和图7。

图5 断层最大落差H与水平延展长度L关系图

从图6对比中可以发现，断层集中的地块断层密度值越大，3下煤层断层密度在采区中部较大，向周围逐渐减小，最大值在10条/km2以上。区域东部和西部断层密度变化较大、南部和北部变化较小。

图6 3下煤层断层密度等值线图

图7 3下煤层断层强度等值线图

由图7对比中可以发现在断层密集、断裂密度大及落差大的地块断层强度值较大；3下煤层断层强度在采区中部、南部较大，北部较小。整体上呈现从南向北逐渐减小的趋势；330采区中部最大，在0.28以上；由此可知区域中部、南部断层覆盖面积较大，说明330采区的中部、南部断层覆盖面积相对较大。如图8所示许厂煤矿3下煤层采区分布示意图。

图8 许厂煤矿3下煤层采区分布示意图

4 结语

(1) 许厂煤矿断裂构造较为发育，且以正断层为主；断层主要发育方向以北东向、近南北向和北西向为主。

(2) 许厂矿受到多期次的构造作用，先期的构造对后期的构造具有显著地控制作用，使许厂矿断裂构造更加复杂多变。

(3) 由断层密度等值线图可知，断层密度在采区中部较大，向周围逐渐减小，区域东部和西部断层密度变化较大，南部和北部变化较小。

(4) 由断层强度等值线图可知，在断层密集，断裂密度大及落差大的地块断层强度值较大；3下煤层断层强度在330采区中部、南部较大，北部较小。整体上呈现从南向北逐渐减小的趋势。

[1] 静铁磊. 华北北缘白云鄂博地区陆壳增生带断裂构造特征[J]. 山东煤炭科技,2017(01):156-157+160.

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[3] 李延申.北阳庄煤矿断裂构造特征分析及预测[D].邯郸：河北工程大学,2014.

[4] 韩松林,戴磊,练玲玲.新桥煤矿北二采区断层发育规律研究[J].水力采煤与管道运输,2011(01):18-20.

[5] 董再田,夏小进,葛帅帅. 山西平朔矿区某井田断裂构造发育规律研究[J]. 中州煤炭,2016(06):114-118.

[6] 洪勇.潘三矿中、小型断层落差与延展长度关系的研究[A].淮南矿业集团.2010年度淮南矿业集团煤炭学会学术交流会论文汇编(一)·地质专业[C].淮南矿业集团:,2010:4.

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[8] 吴超.松藻矿区构造特征及煤体变形程度定量评价研究[D].徐州：中国矿业大学,2015.

StudyonfaultstructureofXuchangCoalMine

SHAO Xiao-peng, XU Xu-dong, NAN Ying-hao,

(SchoolofSafetyEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Yanjiao, 065201,China)

According to the data of geophysical exploration, drilling and production of Xuchang Coal Mine, the statistical formula of fault structural elements is analyzed by geological statistic method, and the empirical formula between fault throw and extension length is established. The study shows that the fault structure of Xuchang Coal Mine develops well and are mainly normal faults,the fault strike are mainly NE, near SN and NW. Quantitative analysis shows that the fault throw is positively correlated with the length of the extension. The fracture density contours show that the fault density in the eastern and western regions of the region changes greatly and the southern and northern changes are small. The fracture strength contours indicate that the fracture strength is gradually decreasing from south to north.

Xuchang mine; fault structure; structural elements; fracture density contour map

2017-07-18

中央高校基本科研业务费资助项目(3142017034)

邵小朋(1990-)，男，河南商丘人，华北科技学院安全工程学院在读硕士研究生，从事安全工程领域研究。E-mail：2225762318@qq.com

TD821

A

1672-7169(2017)04-0019-05