谈谈张集矿层滑构造发育规律及预测方法

谈谈张集矿层滑构造发育规律及预测方法

张军

淮南矿业集团煤业公司张集煤矿防治水管理科，安徽淮南 232001

摘要：张集矿11-2煤层、8煤层和6煤层发育较多的小断层和层滑构造，本文依据已经开采的部分工作面，通过分析工作面异常区的平面展布方向，研究层滑构造发育的展布规律，并提出层滑构造的预测方法。

关键词：层滑构造；发育规律；预测方法

层间滑动构造是指一套岩层在受到构造应力作用下，沿某些软弱岩层面或层理面发生滑动的地质构造。在煤系地层中，煤层及其顶底板的泥岩、粉砂岩是地层剖面中的软弱岩层，界面发育，在构造应力作用下，其应变特征与上下围岩有显著差异。当煤系发生形变时，软弱岩层往往产生滑动变形以适应上下围岩的形变，结果造成软弱岩层与上下围岩在形态上的不协调，形成层滑构造。

1层滑构造发育研究的必要性

层滑构造是许多煤矿中较为发育的一种构造现象，其成因复杂，形态各异。层滑构造的发育不仅使煤层厚度发生变化，而且由于层滑构造造成煤层夹杂着围岩碎块，开采时常常要“穿底破顶”，从而使煤中灰分增加，严重影响煤质。此外，层滑构造对井下煤层瓦斯涌出量的大小、煤与瓦斯突出以及对矿井突水也有很大影响，因此，层滑构造的存在增加了矿井开采设计和井巷工程支护难度，直接影响着煤层的赋存和采掘生产。

2 张集矿层滑构造的基本情况

张集煤矿位于淮南煤田谢桥向斜的北翼，而张集煤矿北区又地处陈桥背斜的东南倾伏端，总体形态呈扇形展布的单斜构造，地层走向呈不完整的弧形转折。西段地层走向在北西75°左右，中段急转东西，北东方向，至北段大致向正北延伸。地层倾角平缓稳定，中央石门以西为10°～15°左右，以东2～5°。由于特殊的构造位置，导致矿区层滑构造普遍发育，井下大量的地质资料表明层滑构造导致部分地段煤层厚度变化频繁，改变了煤厚变化规律、煤层结构、稳定性、煤岩物理性质等原生沉积特征，综采工作面常出现一些规模不大但对生产影响严重的变薄区，最薄处直至尖灭，破坏了煤层的可采性及稳定性，煤层结构也出现鳞片状或粉末状，采煤时被迫破大量岩石，是影响综采高产高效的主要地质因素。

3 张集矿异常区展布特征

将所有的异常区走向统计数据进行赤平投影，制作整个矿区异常区走向玫瑰花图，反映了张集矿异常区走向具有很强的方向性，主要走向有近南北和北东两组，近南北走向为350～15o，占主要部分，另一组北东走向为40o，为次要的。

矿区小断层走向为280～290方向的小断裂构造最为发育，与矿区总体构造线（陈桥背斜枢纽）走向近于一致，而与本章统计的煤层异常区走向不一致，表明异常区形成不受小断层控制，推断异常区的形成与小断层的形成不是同期的，可能是晚期近东西方向拉伸作用形成的。

4 张集矿层滑构造的预测方法探讨

张集矿处于淮南煤田南北推覆构造下方，受到过近南北方向构造挤压应力场作用，同时矿区又位于陈桥背斜东南倾伏端，因而层滑造成的异常区非常发育，造成煤矿采掘影响很大。

4.1 根据构造位置进行预测

由于层滑带往往是断层和褶皱的伴生产物，层滑多发生在褶皱过程中煤层底板挠曲部位和断层上盘局部顺煤层滑动部位。这些滑动带内煤层倾角、煤厚变化较异常，由此可确定出层滑带的位置。大中型断层的“尖灭端”是小断层易于密集和层滑发生的部位，因而是最有可能形成薄煤带的区域。另外，该区域薄煤带是后期作用的结果，煤层原始厚度是稳定的，依照物质不灭原则，当生产过程中遇到煤层突然变厚(或变薄)有可能是前方煤层薄煤带(或变厚)出现薄煤带的部位。

4.2 根据层滑构造的展布特征进行预测

根据张集矿已采区块层滑构造展布特征，可以帮助我们预测未开采区块异常区展布，主要从以下方面着手：

( 1 ) 选择性。层滑构造多发育于构造复杂的应力集中区，造成煤层产状变化频繁，煤厚变化显著，结构复杂，不存在原生结构煤层，轻则发育镜面，而大多数呈鳞片状或揉皱煤，利用层滑构造的选择性可预测构造发生的范围。

( 2 ) 方向性。层滑构造形迹一般沿煤层走向展布或近似煤层走向展布，展布方向与压扭力即滑行力方向垂直，这与矿区地层受南北向挤压作用有着紧密的联系。张集矿处于陈桥背斜南东倾伏端，异常体的总体展布方向以NNE为主，也有少量异常区呈NE方向展布，而在陈桥背斜NE翼异常区展布以NNE为主，SW翼以NNW、近SN和NNE为主。

( 3 ) 对应性。层滑构造的对应性表现为厚煤带和薄煤带常对应出现，开采实践表明，煤层有变薄则在邻近区域就会增厚。利用层滑构造的对应性预测层滑构造的应力方向及构造延伸方向。

( 4 ) 等距性。矿区工作面开采实际揭露的异常区和模拟实验结果表明，层滑构造的出现具有一定的间距性或等距性，异常区总是每隔一定的距离有一次出现的机会，构造模拟实验也证实了层滑构造的间隔性特点，因此，利用层滑构造的等距性可以预测层滑构造出现的机会。关于间隔的距离，可以通过相邻工作面中出现的层滑构造进行推测，但越接近断层出现的机率越大。

4.3 根据层滑构造的类型进行预测

根据张集矿11－2煤层、8煤层和6煤层巷道中揭露的层滑构造特征，将其划分为揉皱型层滑构造和断裂性层滑构造2大类，每一大类又包含若干小的类型，总共划分成为12种类型，，依据各类层滑构造的鉴定特征，如根据层内揉皱的轴向和倾向、层面擦痕倾伏向的优选方位。以及缓倾角顺层滑移断层所切断的对应断层的错向等滑移标志，从而确定其规模、发育方向、延展长度及影响带宽度。预测预报煤层变化情况和对采掘生产的影响程度。在巷道掘进或工作面开采过程中预测异常区类型。

对多煤层开采情况，可以根据上煤或下煤揭露的层滑构造特征，进行归类和应力分析，预测预报对后续开采的下煤或上煤可能产生的影响。根据已采区层滑构造的发育规律，预测预报相邻工作面和未采区层滑构造的发育情况。

4.4 根据煤层顶底板岩性进行预测

不同类型层滑类型与煤层顶底板密切相关，一般来说，泥岩顶底板主要发育揉皱型层滑构造，砂岩主要发育断裂性层滑构造，砂质泥岩发育揉皱型或断裂型层滑构造，因而对矿区内顶底板岩性分布进行划分，对预测层滑构造类型具有指导意义。

根据张集矿精查勘探报告资料，11－2煤层顶板主要岩性为泥岩、泥质砂岩粉砂岩，以及少量的粉砂岩和细砂岩，顶板泥岩的平均厚度为2.73m，砂质泥岩的厚度为3.22m；底板主要为泥岩，还有少量的砂质泥岩、粉砂岩和细砂岩，底板泥岩平均厚度为1.89m。

4.5 根据模拟实验进行异常区的预测

对于即将开采的工作面，设计几何学、运动学和动力学相似的模型，可以做出与实际工作面非常相近的模拟实验，对巷道掘进和工作面开采具有较好的指导意义，并且在掘进或开采过程中，不断修正模型参数，直至模型与地质原型接近。

5 结论

张集矿处于淮南煤田南北推覆构造下方，受到过近南北方向构造挤压应力场作用，同时矿区又位于陈桥背斜东南倾伏端，因而层滑造成的异常区非常发育。根据张集矿所处的特殊构造位置及层滑构造的发育规律，提出了张集矿层滑构造的初步预测方法：根据构造位置进行预测，根据层滑构造的展布特征进行预测，根据层滑构造的类型进行预测，根据煤层顶底板岩性进行预测，根据模拟实验进行异常区的预测。

参考文献：

[1] 曹运兴, 彭立世, 侯泉林. 顺煤层断层的基本特征及其地质意义[J]. 地质论评, 1993, 39(6) : 522-528.

[2] 崔加圣. 层滑构造及其对煤矿生产的影响[J].煤炭技术, 2004, 23(2): 90-92.