断层影响下煤层变化规律的研究分析

断层影响下煤层变化规律的研究分析
彭付平
【摘要】通过对断层变化研究分析,进一步推测围岩对煤层的影响程度,以及煤层受其参数影响的变化特点,来寻找其规律性.
【期刊名称】《煤矿现代化》
【年(卷),期】2017(000)003
【总页数】3页(P48-49,52)
【关键词】断层;影响程度;规律性
【作者】彭付平
【作者单位】大同煤矿集团同地鑫泰建井工程有限公司,山西大同037003
【正文语种】中文
【中图分类】TD313
通过井田内采掘过程中实际揭露出的断层，结合钻孔资料和已掌握的地质资料，综合分析断层处的顶底板起伏、煤岩层变化趋势，从而找出断层附近煤层的变化规律，用以指导采掘一线的安全生产。

目前主采煤层为丁组和戊组2层煤层，井田内的构造主要是以断裂为主，褶皱为
辅的基本格局。

区内的地质构造主要是以西北向为主的张扭性和压扭性断裂，及次一级的北东向张扭性断裂。

断裂的性质主要以正断层为主，局部有小范围的褶曲，但对回采影响不大，对煤层的影响也不大。

区内的断层走向：西翼以北西方向为主，东翼以北东方向为主，区内主要以小断层为主，落差均小于12m。

因为断层的表现形式以断裂为主，所以明白断裂的成因是很有必要的。

在地壳中，由于构造运动产生应力，当其达到岩石强度极限时，就会导致岩石裂断。

岩石连续性的破裂首先表现为节理，它在力的进一步作用下发展成断层（移位断裂）。

另外断裂的形成过程，即从节理的萌芽开始到各种不同长度和断矩断层的形成，是连续的过程。

这个过程的强度和连续性，一方面取决于岩石的成分和结构，另一方面又为构造形变应力参数和连续性所决定。

从以上断裂的成因可以看出，断层的产状变化是受岩石的成分和结构及构造形变的应力系数所决定的，而地质构造的变化又会引起煤层的变化，所以煤层顶底板岩性的变化是分析区域断层产状变化的重要因素。

我矿煤层的底板情况基本相似，均以泥岩、砂质泥岩为主，无发现砂岩底板，顶板有着明显的变化，这是受沉积环境的影响所致。

比如戊9-10煤层，上山和一水平沉积环境以湖泊相为主，而下山及三水平是以泥炭沼泽相为主。

顶板岩石的成分和结构不同，所以其强度也是不同的，断层产状的表现形式也是不同的，对煤层的影响程度也是不同的。

根据采掘过程中揭露情况分析和实际观测的结果，在井田范围内由于断层的影响，使煤层发生变化的情况有以下几种：
（1）以砂岩为顶板的情况。

（2）以泥岩和砂质泥岩为顶板的情况。

（3）煤厚大于3.0m及煤层的普氏硬度小于1.0的情况。

（4）煤层的普氏硬度为1.5的变化情况。

（5）受多条断层影响的变化情况。

下图是是戊9-10煤层遇断层后进入戊8煤层的情况，其顶板是典型的中粒砂岩，厚度10m左右。

从其形态看，煤层遇断层后没有出现拖拉现象，断层附近的煤层厚度没有发生大的变化。

断层附近戊9-10煤层的厚度3.5m，戊8煤层2.1m。

判断其穿层的标志是，巷道顶板的岩性发生了变化，有原来的灰白色的中粒砂岩转变
为深灰色砂质泥岩；其次煤层结构也发生了变化，有原来的有夹矸变为无夹矸；煤层厚度有原来的3.5m转变为2.1m。

造成此种断裂现象的原因顶板的可塑性差，
断后不易变形。

其次此段的煤层强度与底板的强度基本相似，受剪应力影响煤层和底板的受力抗压基本一致，所以不易发生变形。

如图1所示。

图2 是以泥岩和砂质泥岩为顶板事例。

这是戊8-22040风巷在掘进时遇断层后穿进戊9-10煤层，从剖面中可以看出断层的倾角变缓，煤层有明显的拖带，这是其顶板具有可塑性的原因。

根据断裂的成因，因为煤层及顶底板受应力后同时发生变形，相互拖带牵引，当达到一定极限时，发生断裂，逐渐形成断距。

由于煤层的普氏硬度和顶底板的硬度基本相似，它们的抗压程度基本相同，所以煤层的变化不大。

图3 是丁5-6---22200机巷遇断层后煤层的变化情况。

这是煤层较厚，煤层硬度
小于顶底板岩性的事例。

这种情况在戊组煤层不多见，在丁组煤层中只要断层落差大于3.0m，煤层就会出现很强烈的搓揉、拖拉、牵引现象。

这是因为地层在受力过程中，抗压能力小的最易变形，而丁5-6煤层与其顶底板岩性的硬度比较相对
小的多，所以煤层容易变形。

（丁5-6的顶板硬度f为3，煤层的硬度f为1.0，
断层附近的煤层一般小于1.0）。

图4是戊8-22040机巷受多条断层影响煤层的变化情况。

对于戊组煤层，当煤层顶板和煤层较硬且有受多条断层影响时，煤层的顶板就会出现厚层的炭质泥岩，层理紊乱，裂隙发育，裂隙面之间光滑，最易形成冒顶。

出现以上现状的原因主要是地层受地壳运动使岩层发生断裂，断裂后的岩层在剧烈的运动下使裂隙发育。

另外根据地质资料的研究发现在断层面直接接触内，由于两盘的移动，在压力波的作用下，产生的温度能够达到2000℃，在强大的压力条件下，由于断层两盘所产生的热能，可以使断层接触带的煤陷入熔融状态。

而形成厚度炭质泥岩的主要原因就是被熔融的煤层渗透到发育的岩石裂隙中，所以岩层的分子结合力较差，出现明显的沥青状滑面。

在戊组煤层中煤层受力剧烈才会出现此种现象，在单条断层中此种现
象少见。

如果煤层硬度小，由于受到强烈的积压、牵引，煤层会出现厚薄不均现象，有时会出现煤线或短距离的消失。

图5 戊8-22070切眼所揭露的断层，这种断层是煤层受多条断层影响，煤层被牵引变形，然后煤层短距离消失。

这种现象是煤层硬度较小，且顶底板岩性比煤层相对较硬，受应力影响致使抗压能力较弱的煤体发生了变形，造成煤层薄厚不均的现象，使上盘煤层厚达3.0m左右。

根据沉积原理，形成的煤层不会无缘无故消失也不会无缘无故增厚，受断层影响一盘煤变厚，另一盘必然会变薄。

以上5种事例基本上代表了我矿受断层影响，煤层的变化情况，较特殊的事例尚
未发现。

（2）以泥岩和砂质泥岩为顶板的区域，受断层影响，煤层有明显的牵引和拖拉现象，上下盘面之间加有贯入或渗入的薄煤层或者煤线，顺煤线可寻找丢失的相对盘。

（3）煤层厚度大于3.0m且煤层硬度小的区域，煤层会出现强烈的搓揉、牵引、
拖拉及多煤层现象。

（4）受多条断层的影响，熔融的煤层会渗入和贯入到发育的岩石裂隙中，使其顶板形成沥青质状物质且裂隙面光滑，易造成冒顶，煤层也会出现牵引变薄或短距离消失的现象。

（5）掌握了断层影响下煤层的变化规律，可以正确指导采掘一线的安全生产。

彭付平（1970-），男，山西怀仁人，2014年毕业于山西兵器工业职工大学煤矿
开采技术专业毕业，工程师。

【相关文献】
[1]陈庆宣，等，岩石力学与构造应力场分析.北京：地质出版社，1998.
[2]马宗晋，等，板块构造基本问题.北京：地震出版社，1993.。