五阳煤矿构造发育特征及其对开采的影响

常蓝天

（山西潞安环保能源开发股份有限公司五阳煤矿，山西 襄垣 046200）

五阳煤矿位于潞安矿区东北部边缘，矿区面积29.45 km2，目前开采3 号煤层。地质类型以构造发育情况划分为中等，随着开采深度的不断加深，地质构造相对更加复杂。地质构造的发育严重制约矿井生产能力，研究地质构造发育规律，有效指导矿井生产，十分必要。

1 区域地质构造

潞安矿区处于太行山中段西侧，长治盆地西部。属于东部新华夏构造体系第三隆起带中段（一级隆起带）。受新华夏构造体系第三隆起带影响，矿区范围发育有二级隆起与凹陷。矿区范围受彼此平行呈雁形排列的晋- 获断褶带的控制和武-阳凹褶带的影响，形成低级- 低序次的构造，主要构造总体呈北20°～30°东方位分布，同时矿区存在其他构造，受其影响，矿区局部地段构造发育方位分布略偏北。

2 井田构造特征

随着矿井采掘活动的揭露，矿井构造特征逐渐显现。五阳井田基本构造特征为：向西南倾伏的宽缓褶曲，并伴有大中型、高角度正断层和次一级小型断裂，褶曲轴向大致为北东东和北东方向，地层总体倾向南西，倾角为3°～15°之间。井田中部天仓向斜轴两侧发育规模大小不一呈带状分布的陷落柱及断距大小不一的断层。

2.1 褶曲

井田内主要褶曲是天仓向斜，与其伴生的次级褶曲由北向南有：十字道背斜、仓上背斜、天仓向斜、范家沟背斜、五阳背斜、东周背斜、东山底向斜、东山底背斜，其轴向均为北东东向。天仓向斜横贯井田中央，为井田的控制性构造。褶曲的共同特点是：向西倾伏，两翼倾角3°～15°，一般10°左右，仅天仓向斜靠近枢纽部分大于16°。天仓向斜幅度在100 m 以上，其它在20～80 m 之间，五阳矿区井田构造纲要见图1。

图1 五阳矿区井田构造纲要

2.2 断层

本次断层统计依据三维地震勘探解释、井巷揭露、井下物探、钻探。五阳井田内褶曲形成过程中，受向、背斜轴部引力响应，发育有大量高角度直接正断层，同时断层组合叠加形成地垒、地堑构造，对含煤岩系的分布、发育造成影响，对煤层开采制约较大。统计汇总井田内现查明断层325 条。

（1）查明断层落差特征及分布情况

五阳井田内除文王山断层、崔家庄3#断层、南丰断层、西大巷断层外，其他断层落差均＜50 m。文王山断层、崔家庄3#断层延伸长度＞2 000 m，属于井田内控制构造（一级断裂），南丰断层、西大巷断层为本井田二级断裂。受一、二级断裂影响，超过91%的次级断裂落差在10 m 以下，主要分布在天仓向斜轴部、一级、二级断裂附近。

（2）井田断层性质

井田内查明断层325 条，其中逆断层5 条，占比0.015%；正断层320 条，占比98.5%。

（3）断层产状特征

根据井田断层走向玫瑰花图、断层倾向玫瑰花图、断层倾角统计见图2。

图2 五阳煤矿断层发育走向、倾向、倾角、落差特征分析

断层主要走向为NEE方向，集中在N60°～85°E之间，与井田内控制性构造天仓向斜、崔家庄断层、文王山北断层走向一致；次要断层走向为NE方向，集中在N50°～60°E之间，与井田中部南丰断层、西大巷断层走向一致。断层走向集中在N30°W～N10°E之间，与天仓向斜两翼倾向一致；断层倾角一般在50°～80°之间，集中在60°～75°之间；断层以高角度正断层为主，说明断层受区域构造应力影响较大。

2.3 陷落柱

井田内查明陷落柱102 个，平面形态大多呈椭圆形，长短轴比一般为1.17。大部分陷落柱长轴方向平行于构造线方向，呈近南北向，短轴方向呈近东西向；陷落柱发育与构造线方向垂直，大部分呈上部宽、下部窄的反漏斗状，以75°～85°倾角向3#煤层底部石炭系地层延伸。平面位置显示，陷落柱多发育位于天仓向斜轴线两侧300 m 范围内，呈条带状分布，分析陷落柱发育主要受天仓向斜轴部的张性应力作用影响。

3 构造对矿井开采的影响

构造对矿井开采的影响，主要表现在对采区布置、回采效率、储量损失、水害防治等方面。

3.1 构造对采区布置的影响

受井田内天仓向斜轴部大量陷落柱的影响，采区以天仓向斜划分为南北两部分；受一级断裂及二级断裂影响，回采工作面走向近似为NEE 方向布置。矿井西部边界为正北方向，工作面布置成边角资源，难以利用。生产活动推进发现，落差较大断层及陷落柱对工作面布置影响较大，部分采面受＞10 m 断层及陷落柱的影响，不得已提前开切眼或重复开切眼，造成采掘衔接紧张［1］。

3.2 构造对回采效率的影响

五阳煤矿3#煤层开采为立井单水平分区开拓，采煤方法为走向长壁综采放顶煤开采。回采工作面走向布置与井田内大部分断层走向一致，工作面回采过程中经常需持续过断层。过断层期间回采效率明显降低，尤其是过断层落差＞5 m 的断层，需爆破辅助采煤机回采，回采推进速度降低至正常水平70%以上［2］。

3.3 构造对储量的影响

构造造成的储量损失主要为针对岩溶陷落柱及大中型断层设置的防隔水煤柱的储量损失，井田中部构造密集发育区造成的储量损失及因井田整体构造影响采掘布置造成的无法回收的边角煤资源损失。经计算，五阳井田因防隔水煤柱及边角储量损失面积为2.58 km2，损失储量约22.43 Mt；因构造密集发育区造成的储量损失，损失面积为6.19 km2，损失储量约53.81 Mt。

3.4 构造对水害防治的影响

五阳井田奥灰岩富水性较强，井田西部带压开采。井田内3#煤层奥陶系灰岩岩溶水最大突水系数为0.040 MPa/m，正常情况下奥灰水不会威胁矿井安全，但采掘活动临近大中型断层、陷落柱附近时，存在因上述构造沟通底板奥灰水，造成水害事故的可能性。矿井防治水工作重点要加强隐伏地质构造的探查，预防3#煤层底板奥灰水受构造影响造成的突水事故。同时，因大中型构造的存在，矿井采掘活动要严防地质构造区域滞后突水的可能性［3］。

4 结语

五阳煤矿基本构造特征为走向东北，向西南倾伏的较为平缓褶曲，井田区域伴有大中型正断层及其派生的次一级小型断层，尤其是井田中部天仓向斜轴部附近区域，密集发育陷落柱和断距大小不一的断层，构造密集影响区域呈条带状分布。井田内断层、褶曲形态相对简单，但受天仓向斜及一二级断裂构造影响，陷落柱发育较多，地质构造对煤矿开采的主要影响体现在采掘布置、回采效率、储量损失、防治水工作的影响。

矿井未来采掘过程中要提前做好地质构造的补充勘察工作，预防因构造影响造成的采掘衔接问题；提前规划主采、辅采工作面，避免受构造影响造成的回采效率降低问题；根据构造探查情况，合理安排进行边角煤回收，减少储量损失；坚持山西省“预测预报、探掘分离、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则，根据不同水文地质条件，采取探、防、堵、疏、排、截、监等综合防治的矿井防治水措施，并确保矿井防治水措施落实到位。