浅析伴生地质构造应力成因及处理方

浅析伴生地质构造应力成因及处理方

周安满

云南东源恒鼎煤业有限公司

摘要：复杂的地质构造使煤层变化异常复杂，剖析切断煤层的特殊构造—伴生构造，总结其特征及其变化规律，为资源回收提供可靠的依据。

关键词：总结；构造；规律；指导；生产

前言

在急倾斜煤层的煤矿，如何才能正确预测井下断层的断煤交线，为回采巷道布置提供更加可靠的依据。应用地质力学等理论，研究、总结矿区地质构造的变化规律，提高判断断层的正确率，对煤矿生产起到至关重要的作用。由于地层受到地应力的作用，其内部变化非常复杂，因而决定了每条断层在三维空间的展布是千姿百态、五花八门的。本文结合煤矿实际谈谈根据断层断煤交线在平面上的投影，伴生类型的断层，分析其受力成因，总结其特点及变化规律。

1概况

羊场煤矿位于云南曲靖宣威市羊场镇，1958年建矿，开采煤层位于羊场向斜的西南端转折部，为羊场矿区的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅻ等四个井田，现开采的煤层为羊场向斜的一翼，为单斜构造。Ⅲ井田及Ⅱ井田6勘探线以东煤系地层走向近东西，倾向北，倾角40°～55°，局部达60°以上；Ⅱ井田6勘探线以北至Ⅰ与Ⅻ井田分界处，煤系地层走向近南北，倾向东，倾角40°～50°，局部达50°以上；Ⅻ井田煤系地层走向北偏西，倾向东，倾角30°—48°，局部达50°以上。受羊场向斜转折端应力相对集中的影响，羊场矿区地质构造非常复杂，大小断层纵横交错、相互切割，大中型断层20条/km2以上，小断层286条/km2以上，因此形成了许多比较典型的特殊断层。本文叙述杨家矿井+1660水平八采区切割K9煤层的f6断层，即为伴生构造呈现“V”字型，以飨读者。

2伴生断层的成因及特征

2.1伴生断层的成因。根据羊场煤矿煤层巷道揭露的大量地质构造资料表明，在断层走向与煤层走向夹角很小的大中型正断层边上，常会派生出伴生断层呈现出“V”字型断层，规模大小不一，如图（1）所示f6断层。

如图（1）所示，后892工作面K9煤层产状为45°∠31°；F1断层为同向、大角度的正断层，其产状为40°∠50°，落差约70m，为规模最大的主断层；f5断层为同向、大角度的平推重复断层，其产状为58°∠38°，落差约40m，其规模次之，为F1断层的伴生断层；f6断层为同向、大角度的正断层，其产状为110°∠43-70°，落差约0-18m，其规模次之，为F1断层的伴生断层。

将图（1）所示的范围看成一个受力岩体，根据地质力学之构造形迹的等级理论，则F1断层为规模最大的高级构造

形迹，即为第一序次的结构面；f5、f6断层则为规模次之的低级构造形迹，即为第二序次的结构面，见图（2）所示。本文针对f6断层尖灭特别快的特殊性，分析其受力情况及形成机理。

F1断层为同向、大角度的正断层，是受张应力拉伸形成的剪切张性结构面，根据地质力学之变形椭球体的理论，在一对张应力a、a′的作用下，形成一对剪切面，F1断层是沿其中一组剪切面发展形成的断裂面。如图（2）所示，根据应力的分解原理，张应力a可以分解成正应力b和剪应力c；f6断层因受到F1断层正应力b的影响，形成断裂面，其受力分析：b应力可以分解为f6断层的正应力d和剪应力e，正应力d对f6断层产生挤压作用，造成了f6断层结构面是压扭性的；剪应力e的作用使f6断层下盘煤（岩）层相对向北方移动，因而剪应力e决定了f6断层下盘煤（岩）层为断层移位的主动盘，其煤（岩）层产状也发生了明显的变化。实际收集f6断层的地质资料表明，f6断层的上盘煤（岩）层产状基本正常，与其它地段煤（岩）层产状基本一致，其产状为45°∠31°；而f6断层的下盘煤（岩）层产状变化明显，特别是煤（岩）层倾角较大，其产状为40°∠47°，由此可见，断层一盘煤（岩）层倾角的增大，伴生断层常呈现“V”字是伴生断层主要特征之一。

2.2“伴生断层较一般断层特殊，其特征比较明显，一般具有如下特征：一是断层的一盘煤（岩）层产状正常，而另一盘的煤（岩）层产状变化较大，通常是煤（岩）层倾角增大，走向也会发生变化；二是伴生断层面通常是压扭性的结构面，其断层面就像刀切的一样光滑平整，断层破碎带不明显；三是伴生断层多为斜交的、大角度的正断层，其断层走向与煤层走向夹角较大，一般在70°-90°之间；四是伴生断层一般是大断层的派生构造，很少单独出现；五是伴生断层可以在不同硬度的煤层中发生，其断煤交线延伸较短、尖灭特别快的特点。

3伴生断层的识别与处理

3.1伴生断层的识别。首先是熟悉和掌握伴生断层的特征，必须牢记要观测断层两盘煤（岩）层的产状，如果断层两盘煤（岩）层的产状变化大，就要引起注意，该断层有可能是伴生断层；其次是收集断层资料时，特别注意断层另一盘的地层层位，以及断层两盘的拖拉、褶皱、节理和断层面的擦痕等等，这些资料是确定断层性质的重要依据；其后要根据出现断层的小区域内，其它断层与该断层的关系，是相互切割、是大断层的派生构造，还是独立断层，要进行综合分析，研究该断层与已知断层的作用应力是否有矛盾，待其佐证资料得出的结论一致后，方可将断层定性。

3.2“V”字型断层的处理。在断层性质、落差确定之后，首先要预测断层的断煤交线方位，一般情况下，用作图法画断层的断煤交线快速、准确。在作“V”字型断层的断煤交线方位时特别要注意，不能由断层一盘的断煤交线方位来推测断层另一盘的断煤交线方位，否则，预测的断煤交线方位一定会错。正确作“V”字型断层断煤交线方位的方法是，根据实际收集的断层产状资料以及断层两盘的煤（岩）层产状资料，分别作断层两盘的断煤交线方位，断层两盘断煤交线的交汇点即是“V”字型断层的尖灭点。通过实践，用此方法作“V”字型断层的断煤交线方位准确率较高，对指导生产提供了比较可靠的依据。其次是在“V”字型断层边上布置巷道时，要在确保安全的前提下尽量多回收断层边角残煤，做到经济合理地开采煤炭资源。

4结束语

本文的旨意在于总结特殊断层，揭示构造的一般规律，从而更好地解决生产中遇到的各种复杂地质构造，为煤矿生产建设提供可靠的地质资料，满足煤矿生产的需要。

参考文献

[1]《地质力学教程》，作者：北京大学地质系地质力学专业编，地质出版社出版，1978年12月北京第一版。

[2]《构造地质与地质力学》，作者：同济大学工程地质与水文地质教研室编，中国建筑工业出版社出版，1982年8月第一版。