淮北地区地质构造与瓦斯灾害关系研究

第39卷第8期2017年 8月
能源与环保
China Energy and Environmental Protection
Vol.39 No.8
Aug.2017
淮北地区地质构造与瓦斯灾害关系研究
程先振,林东才
(山东科技大学矿业与安全工程学院，山东青岛266590)
摘要：淮北地区经历了多期构造运动，形成了地区独特的徐宿叠瓦状逆冲断层系统。

为了了解淮北矿 区地质构造与瓦斯灾害关系，避免煤与瓦斯突出事故的发生，以淮北矿区地质构造为例，通过区域构 造演化特征研究瓦斯赋存。

在对研究区资料收集并详细对比中发现:淮北地区的高突矿井大都分布 在徐宿叠瓦状逆冲断层系统的外缘，这些地区应力增高，构造煤发育，并且逆冲推覆体对煤系地层形 成良好的覆盖,构成了煤与瓦斯突出的良好条件;研究区发育的北东向与近东西向的开阔褶皱与断层 控制着燕山期岩浆岩的侵入，岩浆岩在矿井中有规律的分布，使邻近煤层变质程度增高、孔隙度变大，导致矿区煤与瓦斯突出严重。

关键词：淮北地区；煤与瓦斯突出；构造运动；岩浆岩；瓦逆冲系统
中图分类号:TD712 文献标志码:A 文章编号= 1003 -0506(2017)08 -0217 -04
Study on relationship between geological structure and gas disaster in Huaibei area
Cheng Xianzhen,Lin Dongcai
(College o f Mining and Safety Engineering, Shandong University o f Science and Technology, Qingdao266590, China) Abstract ： Huaibei region has experienced multistage tectonization and formed Xuzhou-Suzhou imbricate thrust fault system. In order to draw relations of huaibei mining area geological structure and gas disasters, in Huaibei mining area geological structure, through the re­gional tectonic evolution characteristics of the gas occurrence, which is a unique regional structure. After detailed collecting and compa­ring the study region data,we found that high-gas outburst mines in this region are distributed in the outer margin of Xuzhou-Suzhou im­bricate thrust fault system. This regional strain is concentrated, the coal was disturbed seriously and the coal seams was well covered by Xuzhou-Suzhou imbricate thrust system,which are benefit to coal and gas outburst. The invasion of magmatic rocks in Yanshanian were controlled by the developed NNE and nearly EW Open folds and faults. The magmatic rocks? regular distribution increased the metamor­phosis and porosity of near coal seams.
Keywords ： Huaibei region ； coal and gas outburst ； tectonic movement ； magmatic rock ； tile thrust system
〇引言
煤矿瓦斯事故是煤矿安全第一杀手。

煤与瓦斯 突出是指在压力作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内 突然向采掘空间大量喷出，是一种较为复杂的井下 动力灾害。

随着煤矿开采地质条件越趋复杂以及开 采深度向纵深发展，矿井瓦斯问题日益严峻，尤其是 煤与瓦斯突出事故造成人员伤亡、井巷破坏等，为矿 井的安全生产带来了极大的困扰。

国内外学者研究 了瓦斯动力现象与构造存在着密切的关系[12]，指出岩浆岩也对煤与瓦斯突出产生一定的影响[3];徐茂 正[4]提出了淮北地区瓦斯富集过程，指出淮北矿区 高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井比例占95%以上;张子 敏[5]研究了矿井煤层瓦斯赋存受地质构造变化控 制，不同时期构造运动产生的构造应力、剪切应力或 拉张裂陷，以及形成不同级别的断层、褶皱及岩浆岩 侵人均可造成瓦斯赋存环境的变化。

然而，针对淮 北地区特殊的弧形推覆构造及东西向的构造控制瓦 斯分布及含量的研究尚少。

基于此，以淮北地区地质构造演化过程为基点，
收稿日期：2017 -03 -21;责任编辑：陈朋磊DOI:10.19389/ki. 1003 -0506.2017.08.046
基金项目：山东科技大学研究生创新基金资助项目（YCA120306)
作者简介:程先振（1990—），男，山东德州人，硕士研究生，现从事采矿工程等方面的研究。

引用格式:程先振，林东才•淮北地区地质构造与瓦斯灾害关系研究[J].能源与环保，2017,39(8):217-220,226.
Cheng Xianzhen,Lin Dongcai. Study on relationship between geological structure and gas disaster in Huaibei area[ J]. China Energy and Envi­ronmental Protection ,2017 ,39( 8) ：217-220,226.
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2017年第8期
能源与环保
第39卷
滨海冲积平原环|
境下形成杂色碎 ;岩沉积
河流作用为主 的三角洲平原亚 相沉积，君性主| 要为砂岩和泥岩
属河流作用为主 的三角洲相沉积 ，岩性主要为砂丨 岩、泥岩和煤
根据线性紧闭褶皱和逆冲叠瓦断层为显著特征的徐 弧形双冲叠瓦逆冲系统，研究煤与瓦斯突出与淮北 地质构造的关系，因地质构造直接控制了当前淮北 地区形成的瓦斯赋存区和矿井瓦斯突出，所以对淮 北矿区瓦斯突出的治理尤为重要。

1区域地层
淮北地区主要缺失下元古界、中元古界长城系
和蓟县系、古生界志留系、泥盆系和石炭系下统，其 余地层保存完整（图1)[5]。

其中，二叠系为本区最
主要的含煤地层，厚度约2 000 m 。

二叠系保存完 整，包括山西组（P
j
)、下石盒子组（P ^S )、上石盒
子组（P 2SS )和石千峰组（P 2s h )Q 整个二叠系自上 而写包含10个煤组，分别为1 一 10号煤组。

这10 号煤层（组）都形成于河流作用的三角洲沉积模式。

含煤岩系主要由砂岩、泥岩和煤层组成。

»
■描述.
图
1淮北地区地层
Fig. 1 Formation in Huaibei area
2区域构造特征
淮北地区位于华北板块的东南缘、豫淮坳陷的
东部，东以郯庐断裂为界与杨子板块相接，整个地区 位于近东西向的丰沛隆起和蚌埠隆起之间[6]。

研 究区主体位于徐宿弧形逆冲叠瓦系统，此逆冲系统 在平面上呈弧形，弧顶位于萧县一淮北市一带，由北
向南走向由E N E 逐渐过渡到N W (图2)。

区内另外 一个主要构造是宿北大断裂，主体断面为南倾正断 层，落差800〜1 000 m ，是一条规模较大的基底断 裂。

宿北断裂以北主要是徐宿弧形逆冲推覆构造的 主体，以南主要发育近E W 向构造e 3区域构造演化
区内曾发生多次构造运动，发育太古界（五台
期）、下元古界（S 梁期）、新元古界（蓟县期）、下古 生界(加里东期）、上古生界(华力西期）、中生界（印
支及燕山期）和新生界（喜马拉雅期）7个构造层的 多旋回构造演化，形成了现今淮北地区的构造格 局17]。

其中，印支期、燕山期及喜山期构造运动对 该区构造格局形成影响最大，3.1印支期
研究区位于华北地台东南缘。

自中3叠世开 始，华北板块通过大别山碰撞造山带实现与扬子板 块的拼接，从此，华北板块东南部大面积的沉积作用 结束，印支期近S N 向的挤压应力作用于研究区的
S N 部，区内晚古生代聚煤期后第1
次全面变形开 始，形成了近E
W
向的丰沛隆起、蚌埠隆起以及与其
伴生的同向逆冲断层。

同时，近
S N
向的挤压导致
华北板块整体抬升，原先沉积的地层遭受风化剥蚀， 含煤岩系上覆地层部分被剥蚀。

3.2燕山期
燕山运动早期，由于华南、华北古板块对接碰 撞，郯庐断裂大规模左行走滑，淮北地区N N E 向褶 皱与断裂形变十分明显，在断裂与褶皱形变的同时， 有明显的上隆活动a 至此，由于华北扬子两板块挤 压作用减弱，区域构造从南北分异向东西分异转 化[8] a 到燕山运动中期，由于中国东部太平洋板块 向中国大陆下的俯冲作用，区域应力场转为N W —
N W W 向，形成了一系列丽E 向断层及轴向SN —
N N E
向的褶皱构造，如涡阳向斜、童亭背斜、贾汪向
斜、宿南向斜等。

随后，中晚侏罗世更强烈的燕山运 动，致使徐宿地区发生由东向西的盖层推覆，并形成 徐宿弧形推覆构造（图2) Q 燕山运动晚期，中国东 部伸展构造活跃，在区内形成大规模N N
E
向的纵张
型正断层，如丰涡断层、固镇长丰断裂等d
3.3喜马拉雅期
按传统观点，该期时限为晚白垩世晚期至现代， 华北板块近S N 向的拉张作用对区域构造有很大的 改造效应^东西向的大断裂受到左行压剪作用，但 N N E 走向大断裂处于右行压剪状态，早期的右行走 滑
N E —N E E
向断裂转变为单一的拉张作用，使区 内一些近E W
向及N
N E
向的断层分别产生拉张和
平滑移动，并转化成正断层。

畀
系代号
翅岩性
新
第四系
Q 分布广泛，主要以冲积类型为
主积和残坡积其次为湖积沼泽 沉淀和残獅；......生
界
N
湖泊沉积为主以
E
以河湖相红色碎屑岩系沉积为 主广泛发育
白垩系K
早白垩世广泛发育湖泊相沉积， 晚白垩世以湖0相和冲积扇相 的红色岩层发者造
4.
界
侏罗系j
早中侏罗世局部发育河流及湖 泊相沉积，及晚侏罗世的火山 岩系发育早
三叠系_
T 仅发育早期大陆性干热气候形 成的湖泊相红色碎屑沉积上古
P
主体为一^ 海陆交瓦相含煤碎生界
石炭系
C
屑岩组合
下古
为一套典型的海相沉积，主体康界
寒武系G
为碳酸盐组合
上元
震旦系Z
为一#猶滩陆棚_層岩和碳酸 岩组合
古累青白口系
Q
太古界
A
中，深编制的黑云母斜长片麻 岩和黑云母二长片麻岩等深成 变质岩系
Q
圍義目
|
砾岩中砂岩细砂岩泥岩 煤
石
千峰组
p2-
i :
盒
子组
¥T 石盒子组P1*山西组P S
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2017年第8期程先振，等:淮北地区地质构造与瓦斯灾害关系研究第39卷
图2淮北地区构造及部分矿井分布
Fig. 2 Structure and part of the mine in Huaibei area distribution
4煤与瓦斯突出与构造关系分析
研究区矿井瓦斯动力灾害较为严重，这与矿区 构造、矿区所处构造部位以及矿区岩浆岩侵入情况 有着密切关系。

由图2可知，发生瓦斯动力灾害较 为频繁的或者严重的几个矿井几乎均位于徐宿弧形 推覆构造的外缘部位。

徐宿弧形推覆构造属于双冲 型、挤压型的推覆构造，在推覆构造的弧形及外端部位应力增高，矿区内压扭性断层发育，常具有细腻致 密的构造膜泥，压性或压扭性断层为封闭性构造，煤 层受构造扰动大，构造煤发育，使煤的孔隙度增大，吸附状态瓦斯向游离状态转变，煤与瓦斯突出危险 系数大大增加。

另外，一个很明显的特征就是，这几 个高突矿井都位于向斜或者背斜的一翼。

淮北地区 的褶皱大都形成于纵弯褶皱作用。

纵弯褶皱首先在 翼部形成片状和鳞片状的构造煤，随着褶皱进一步
•
219 •
发展，构造煤流向褶皱轴部，从而轴部构造煤增 厚[9]。

由于北辰、芦岭等矿井位于褶皱的翼部，构 造煤发育，并且属于弧形构造的应力增高地带，当煤
矿掘进遇到构造煤发育的地带，容易造成煤与瓦斯
突出。

另外，岩浆岩的分布也控制着研究区矿井的煤 与瓦斯突出情况。

岩浆岩的侵人及分布特征与矿区
的构造有着密切的关系。

岩浆侵人体的形成与断裂
构造有关，断裂构造往往作为岩浆的上升通道，也是
岩浆最容易侵人的地方。

通常，煤层是煤系地层的
软弱带，也容易被岩浆岩侵人。

浆岩侵人煤系地层 后，煤层发生变质，包括区域岩浆热力变质作用和接 触变质作用。

区域岩浆热力变质作用导致煤层出现
垂直分带性，距岩体近的煤变质程度高。

接触变质
作用是指各种岩床、岩墙、岩脉等浅成岩体侵人或接
近煤层，临近接触体往往有天然焦。

在接触带中，煤 层常具有气孔构造，且存在较小规模的局部煤质分 带现象。

根据资料[1°〜，在淮北地区瓦斯突出较为
严重的海孜矿和卧龙湖矿分布在岩浆岩的侵人地区
以及宿北断裂附近。

这2个矿井中发育的中性岩浆
岩与东西向构造关系密切，主要分布在近E W 走向
宿北断裂附近，呈岩墙、岩瘤、岩床产出。

海孜煤矿 岩浆岩侵人情况与卧龙湖煤矿类似，都是沿着宿北
断裂侵人的岩浆侵人至矿区，然后沿着矿井内近东
西向的断层侵人到煤层。

海孜煤矿矿井西部7煤层
顶板大面积被岩浆岩呈岩床侵人，该岩床成为7煤
及8、9煤层的良好盖层。

岩浆岩侵人导致7煤瓦斯 压力达到1.4 M P a ，孔隙率在7、8、9煤层中最大，突 出危险性也最高。

海孜矿7、8、9煤都曾发生过突
出，其中7煤发生的次数最多(6次），占整个动力现
象次数的50%，其次为8煤5次，9煤1次。

5结论
(1) 矿井构造是影响淮北地区煤与瓦斯突出的
重要因素。

淮北地区经历了多期构造运动，形成了
以线性紧闭褶皱和逆冲叠瓦断层为显著特征的徐弧
形双冲叠瓦逆冲系统。

此系统对研究区诸多矿井的 煤与瓦斯突出产生了重要影响。

(2) 淮北地区的构造造成了岩浆岩的分布主要 呈N E 向和N S 向分布，岩浆岩侵人导致煤层变质程
度增高，煤中构造煤发育、裂隙增多，瓦斯气体增加，
这些条件都有利于煤与瓦斯突出。

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