义马矿区冲击地压与F16断层的关系研究

1、引言

F16断层位于义马煤田南部，为一近东西向压扭性逆冲断层，横穿常村、跃进、千秋、耿村、杨村五个井田，从而也构成了五个矿井的南部自然边界。

近年来，随着开采深度增加，在高应力条件下冲击地压发生的频率和猛度也随着增加，特别是千秋、跃进等矿在靠近F16断层开采时冲击地压问题更为明显，充分说明F16断层带内存在应力异常区或高应力区，煤层上覆巨厚砂砾岩层和断层的复杂形态形成的应力积聚状况严重制约着开采安全。由于断层与巨厚砂砾岩组合形成的应力积聚构造带来的冲击地压威胁，对生产决策、生产安全造成了重要影响。

F16断层地质构造应力影响下的义马矿区冲击地压防治问题，成为煤炭资源安全高效开采过程中最关键的难题之一。分析研究义马矿区冲击地压事件的发生与F16断层之间的关系，采取合理应对措施，提高义马矿区相关矿井防冲能力，提升煤炭资源安全开采水平具有很大积极作用，对有效预测、预报和预防冲击地压事件的发生具有重要的理论和指导意义。

2、F16断层成因

2.1、F16断层形成机理

根据地质构造学观点【１】，逆掩断层一般在褶皱倒转翼上产生，是褶皱翼在持续挤压特别是水平挤压力的作用下发生断裂，并且顺断裂面作进一步滑动而形成的结果。通常逆掩断层形成前的状态为背斜构造【２】。起初，单一岩层或岩层组中部发生隆起，形成背斜构造，当受到水平应力的继续挤压和扭应力作用时，特别是水平挤压力自上而下逐渐增大，背斜核部继续隆起，如果两端挤压力不均等，势必造成一翼中部发生扭转。随着翼部向上运动和两侧水平应力的继续作用，扭曲的翼部中部发生相对位移，并产生剪应力，在强大的剪应力作用下，出现波状破裂，破裂面两

义马矿区冲击地压与F16断层的关系研究

孙玉震

（义马煤业集团股份有限公司河南义马472300）

摘要：通过对F16断层的研究和对冲击地压案例分析，阐述了F16断层基本特征和冲击地压事件的发生与F16断层之间的关系，义马矿区在安全生产过程中对冲击地压事件的发生进行预测、预报及防治具有十分重要的指导意义。

关键词：冲击地压；F16断层；案例分析

Study on the relationship between rock burst and F16fault in Yima Coalfield

Sun yuzheng

(Yima Coal Industry Group Co.LTD Yima472300China;)

Abstract:By stuadying on the F16fault and analyzing on the rock burst cases,elaborate on the essential characteristic of F16fault and the relationship between F16fault and rock burst,furthermore coming up with countermeasures for preventing rock burst when excavating in the influence area of F16fault.

作者简介：孙玉震(1965－)，男，汉族，籍贯河南商丘，高级工程师，义马煤业集团股份有限公司技术中心副主任，1990年7月毕业于山东矿业学院，学士学位，主要从事矿山地质及构造研究工作。

侧（上、下盘）产生错动，形成F16断层。F16断层在形成过程中，断层上盘基本上沿着义马组2-3煤层和泥岩层等薄弱面顺层滑动上移，当遇到巨厚的砾岩层时，使其作用力减小，且砾岩层产生刚性断裂，因此造成了断层在剖面上显示下部水平断距大，上部水平断距小，上陡下缓的铲状断层【3】。

2.2、F16断层特征

F16断层为区域性逆冲断层【4】，延展长度约45km，走向近东西，倾向南略偏东，浅部倾角75°，深部倾角一般15°——35°，落差50-450m。

根据勘探和巷道揭露的实际情况显示，F16断层面上陡下缓呈犁式，浅部断层面倾角大，切层，向下逐渐缓平，多沿义马组2-3煤顶板顺层分布。倒转或直立的中、上三叠系地层逆掩在产状缓缓南倾的义马组煤系地层之上，义马组2-3煤层发生层间褶皱。F16断层下盘地层呈弧形展布，弧顶朝北。浅部，在中上侏罗统刚性砾岩中，断层面倾角为75°左右；深部，在柔性泥质岩层和煤层中，倾角变小，为20°左右。落差50m以上，水平错距达700m以上。断层上盘，倒转的三叠系地层在深部是沿义马组2-3煤层和顶部泥岩向北逆冲的，其下盘的义马组煤系地层产状正常，向南缓缓倾斜(见图1、图

2)。

图1耿村煤矿西区专回延伸素描图

在义马煤田最东端，断层倾角较小，0°-50°，一般15°－35°，呈舒缓波状，水平错距120-1080m，垂直落差50－250m。由于逆断层两盘相对位移所产生的派生扭动应力场的存在，在断

层上盘派生多个分支断裂，深部交于主断面之上，

图2第39勘探线剖面示意图

与F16低角度主干断裂在剖面上共同构成入字型构造，形成后展式叠瓦扇，煤层被分割成数段，逆冲盘的煤层厚度比下伏盘有所增大。

3、冲击地压案例分析

3.1、千秋煤矿6.5和11.3冲击地压

2008年6月5日15时57分，千秋煤矿21201综采工作面下顺槽725-830米处发生冲击地压事故，巷道围岩瞬间释放的巨大能量致使105米长的巷道发生严重底鼓，断面由10平方米左右急剧缩小到1平方米左右，巷道内的皮带输送机架子和托辊被挤到巷道顶梁上。事故共造成造成13人死亡、11人受伤，直接经济损失949.45万元。

通过专家分析，千秋煤矿开采深度大、煤层顶板坚硬，在构造应力和采动应力共同作用下巷道周围煤岩体弹性变形能聚积，扩修巷道支架、

清落巷道底板诱发围岩聚积的能量在短时间内急剧释放，发生冲击地压。

2011年11月3日19时18分,千秋煤矿21221下顺槽冲击地压突然瞬时爆发，形成3.5×108焦耳巨大能量释放，发生重大冲击地压事故，造成10人死亡、64人受伤，直接经济损失2748.48万元。

通过专家分析，本矿区煤层顶板为巨厚砂砾岩（500m左右），事故发生区域接近F16断层，地层局部直立或倒转，构造应力极大，处在强冲击地压危险区域；煤矿开采后，诱发F16断层活化，发生冲击地压。

3.2、跃进煤矿6.19和8.06冲击地压

2004年，该矿在25080工作面（采深800～840m）下顺槽掘进首次发生了冲击地压事件后,先后又发生大小冲击地压事件上百起,其中以2007年6月19日在25080工作面下顺槽和8月6日在25090工作面下顺槽发生的两次冲击地压比较严重。6.19冲击地压事件造成2人受伤，400多米巷道被破坏；8.06冲击地压事件造成1人死亡2人受伤，局部巷道破坏严重。

经分析，这两次冲击地压的发生，主要是煤层埋藏较深、且上覆有巨厚砾岩层，工作面在下山东西两翼布置，形成追逐相向开采，造成构造应力和采掘应力叠加，导致冲击地压发生【5】。

4、F16断层与冲击地压发生的关系

4.1、F16断层诱发冲击地压的机理

由于F16断层是受挤压形成的，岩层在受挤压的过程中将产生变形，内部积聚大量的弹性能，尽管岩体发生塑性变形、形成褶曲和断裂消耗了很大一部分能量，但断层体内仍存在有弹性能和残余应力。F16断层诱发冲击地压的机理主要是其形成的支承压力和采掘工程形成的支承压力进行叠加，再加上弹性能量的进一步释放【6】的结果。

4.2、F16断层与冲击地压事件发生的关系

4.2.1、根据对义马矿区所发生的冲击地压事件进行研究，冲击地压均发生在工作面下顺槽。

4.2.2、根据绘制地质剖面图进行分析，冲击地压事件均发生在F16断层面以下含煤区域。

4.2.3、根据绘制剖面图、平面图等进行综合分析研究，冲击地压事件大多发生在F16断层线以南区域。

4.2.4、在F16断层附近进行采、掘活动，促使F16断层活化，诱发冲击地压事件发生。

5、结语

通过对冲击地压与F16断层的关系研究，F16断层线附近及以南区域是受F16断层影响易诱发冲击地压事件区域，在该区域进行采、掘活动中，必须加强冲击地压事件的预测、预报，制定防范措施，防止事故发生，确保矿井安全生产。

参考文献：

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[5]姜红兵，王黑丑，张松林.义马跃进煤矿冲击地压发生原因分析[J].煤炭技术.2008，（3）：161—162。

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