矿井地质及构造简概资料

矿井地质及构造
第一部分矿井地质和构造
一、矿井地质
矿井地质工作的内容比较多而复杂，不同于地面地质，要求比较细严，生产上遇到的问题要求很快给予解决。

矿井地质问题有煤层沉积问题，煤层对比、煤层尖灭煤层分叉，煤层后期冲刷，煤层同期沉积夹矸变厚等；
构造问题判别断层性质寻找煤层断失翼，区域构造甚至大地构造特征井田构造，单一条件下主压应力及应力场分析，断层预报，不同力学性质的断裂研究配套分析，煤层陷落柱，煤层地应力分析。

水文地质，包括用地质力学分析研究水文地质。

瓦斯地质等等，下面分别叙述。

（一）矿井地质中心煤层沉积问题以实例说明：
1、红水煤田、煤层对比问题
当时甘肃酒泉钢铁公司刚成立，急需在甘肃省附近找焦煤，甘肃省北祁连山北麓和内蒙古交接处发现焦煤并做详细勘探，当时煤层较多而且厚薄变化很大，虽然四年钻探已完成，但迟迟提不出勘探报告，按原煤炭指令，要我们搞清煤层对比，最终计算出储量。

采用野外岩相对比法和室内煤层对比，煤层对比采用煤岩薄光片，孢子花粉分析，岩层重矿物分析、粘土颜色法分析，光谱分析等等，最终完成了任务；
2、煤层分岔及煤层Z字型构造沉积规律研究
辽宁阜新兴隆煤矿，煤层分叉的研究，贵州水城汪家寨煤矿，煤层厚薄变化及煤层对比；徐州闸河煤矿Z字型煤层分岔合并问题的研究；
3、永荣矿务局双河煤矿等10个矿井，煤层后期冲刷问题的研究；（二）构造断层问题寻找煤层断失翼
永荣矿务局贵州老鹰山煤矿随时听矿领导召唤下井，解决煤层掘进当中遇到断层，用地质力学方法确定煤层断失翼解决巷道向何方向掘进。

（三）矿井水害开滦范各庄煤层陷落柱突水灾害、四川龙滩煤矿特大突水事故
1、开滦范各庄矿煤层9号陷落柱突水特大灾害
1984年6月2日开滦范各庄矿煤层9号陷落柱突水一夜淹井，次日相邻煤矿被淹，第二日和第三日林西矿浅部巷道有沟通被淹，威胁唐家庄矿和赵各庄矿，该矿全国开采标高最深的，达到1300m~1400m，造成全国煤炭产量亏损，需从波兰进口煤炭满足需要，造成巨大经济损失；
2、四川龙滩煤矿特大突水事故
可能在2009年10月4日平洞水平，长4000多米，顺岩层向上掘进，快速掘进到长兴灰岩底部暗河，造成28人死亡，特大岩溶突水事故。

4000多米长平洞所有管道，局部变压器铁轨矿车扭成麻花状，有方形饭桌大小的石灰岩块42块，毁坏了所有设备和人员；
（四）瓦斯地质
成渝高速公路F1、F2断层瓦斯特大突出
成渝高速公路路面标高下20m有中梁山煤矿开采的煤层在背斜轴部有F1和F2两条大道断层落差165m走向长20~30公里。

两条断在路面下穿过具有煤与瓦斯突出危险的煤层，采用我所研制的防爆矿井地质雷达，在两个逆断层中间和两条断层旁20~30m范围探测到瓦斯聚集区，而两个逆断层面探测及地质力学分析无瓦斯，掘进顺利通过，而探测的三处瓦斯突出点均准确突出，如老虎叫声，突出大量瓦斯和水，每一次突出根据全浓度瓦斯鉴定器测定换算每一次放出浓瓦斯量在两万多方，每次放出瓦斯10余天。

第二部分构造地质
一、地球起源
二、地质力学方法研究中国大地构造
三、中国大地构造的主要特征
四、中国最大的祁吕山字型大地构造特征
五、贵州黔南州范围及煤矿简介（见照片5-1、5-2）
六、黔南州大地构造特征
七、折曲断裂构造地质力学性质的划分及构造行迹特征与应用
一、地球的起源
地球已有30亿年~50亿年，地球发展的总趋势是除了个别时期有热膨胀外，温度在降低、地壳在收缩、硬化和地质构造趋于稳定。

地球发展的历史，从大陆分开和海洋受到内力热膨胀分裂成现今的大陆，有大陆漂流说到现在的地球五大洲相互依存，又相互作用。

其主要内动力，就是地球本身的自转。

而我们研究的古生代到现在仅有两亿年。

二、地质力学方法研究中国大地构造
李四光教授所提出的“由地球自转所产生的离心力”使得地球岩石圈从南北两极向赤道方向转移，产生北南方向的挤压力形成椭球体，并形成东西方向构造系。

地球自转速度的变化，特别是自转速度变慢时，相当地球自转在急刹车，使得西部向东部产生挤压力，形成南北方向的构造系。

李四光教授早于1924年在英国大学讲学时，就提出了地质力学的理论和方法研究中国大地构造。

1929年，李四光教授对中国的构造线就作了系统的研究，并进行了力学成因分析。

1959年，他一直坚持着用地质力学方法来研究中国大地构造，创立了构造带的区划，如东西构造系、华夏构造系、山字型构造系以及各种弧形和旋转等扭动构造系。

李四光教授在1951年又根据新的资料，进一步把1929年所作的中国构造型式作了修正和补充，发表在“受了歪曲的亚洲大陆”文章里。

新中国建设时期，“大庆油田”的发现，应用地质力学方法在山东金矿找矿等诸多方面做出了卓越的贡献。

三、中国大地构造的主要特征
把地球上稳定的地区称为地台区，活跃的地区称为地槽区。

我国大地构造的主要特点是地台区比其他地台区活动性大，而地槽区则比其他地槽区活动性小。

这是指比欧洲、美国的地台区地槽区。

地壳上的稳定区与活动区的出现，我们认为主要是取决于原始地壳的破裂程度。

它的破裂是由于地球不均一的收缩和自转。

地壳上的主要构造带大致成东西和南北两个方向，根据李四光教授的意见，中国的东西构造带有三个，北面是阴山，中间是秦岭，南面是南岭。

南北构造带最清楚的是贺兰山、六盘山、龙门山和横断山脉，中间被秦岭东西构造带截断。

这两个方向的构造带，主要是深断裂形成的，而这两个方向的断裂带主要是分别迁就北西西的和北东东“X”型交叉断裂组与北北东和北北西“X”型交叉断裂组合而成。

即东西构造带是迁就北东东和北西西“X”型断裂而成的；南北构造带是迁就北北东和北北西“X”型断裂而成的。

由于东西构造带的存在，所以中国地壳的古生代发展历史，在南北方有显著的不同。

四、中国最大的祁吕山字型大地构造的特征
如前所述，李四光教授所提出的由地球自转所产生的离心力作用也就使亚洲地壳表皮（即盖层）向南滑动的趋势，因此，在华北就
形成巨大的祁吕山字型构造系，山西省就在祁吕山字型东翼及反射弧部分，山字型脊柱在贺兰山，山字型西翼在祁连山，山字型前弧顶在西安附近，见图1-1祁吕山字型构造。

祁吕山字型是我国最大的山字型构造，在我国北方，南邻秦岭东西向构造带，是地质上南北方向构造分区的标志。

祁吕山字型构造系，前面弧的西翼是祁连山，东西是吕梁山，脊柱是贺兰山六盘山南北向构造线。

虽然祁连山是古生代地槽区，吕梁山是地台区，但是他们在古生代末即已硬化而具有地台性质。

中生代使他们同时活化，发生断裂和褶皱，在同时期的盖层滑动的统一力学系统中形成了山字型构造。

由于基底性质的不均一，所以它的西翼不很对称。

西翼的走向为北西，而东翼的走向则为北东至北东东，可能分别受基底的西域系和华夏系的构造控制。

喜马拉雅运动使西翼发生高角度的冲断，东翼发生雁行列式的汾渭断陷带，六盘山的褶皱隆起形成它的脊柱，由地震中的分布也可以看出这个山型构造系在最新构造运动中仍不失为一个统一的构造系。

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五、黔南州范围及煤矿简介（见照片5-1、5-2）
黔南州位于贵州省中南部，呈上小，下宽人字型，北部与遵义市相邻东部与黔东南苗族同族自治州相接，西部北段与贵阳市相接，西部的南段与安顺市相接，西部的南段与黔西南布依族苗族自治州相接，南界与广西壮族自治区接壤：
黔南州煤炭立业管理局位于都白市，所管辖的九个61座煤矿，从西向南有：1、瓮安县有24座煤矿；2、福泉市11座煤矿；3、荔波县4座独山1座在西部，5、惠水县有6座煤矿，6、长顺县2座煤矿，黔南州中部，7、龙里县有2座8、贵定有4座煤矿，9、都句市有2座煤矿，共计61座煤矿。

图5-2
（七）
龙
里
县
1、落掌煤矿 2.33k㎡9万T/年C2 1.4m
2、栎木山煤矿 1.9982k㎡9万T/年K1 0.8m=2.01m/1.4m
单斜120°＜10°
~40°一般20°
（八）
贵
定
县
1、关冲煤矿 2.3664k㎡9万T/年M8 0.8m=1.5m/1.0m
单斜165°＜32°
~36°
2、摆哈煤矿 2.205k㎡9万T/年K3 0.92m=1.0m/0.96m 132°＜15°~25°
3、蒙鼓冲煤矿 5.33k㎡9万T/年C1 0.8m=0.85m/0.81m
单斜320°~3°
~12°
4、烂丘湾煤矿 5.44k㎡9万T/年M8 0.8m=1.5m/0.9,m
单斜323°＜150°
~25°平均20°
（九）
都
匀
市1、凯口煤矿8.3955 k㎡9万T/年
上碳祥摆组
中下部的
A1煤层
0.6m=0.64m/0.61m
单斜146°＜3~8°
平均5°
2、青山煤矿 2.264 k㎡15万T/年A9A7煤层A9=1.91m/1.95m 单斜0°＜6°
六、黔南州大地构造特征
从图6-1区域大地构造图上可以看出贵阳西部有一条北偏东的大断裂东至遵义，南部有一条近东西方向的大断裂，都匀西部有一条与
贵阳西部平行的南北向大断裂，都匀市东边有一条由南向北东方的大断裂，都匀市独山之间有一条东方向大断裂。

组成四个块断，分别用深色和浅黄色构成，深黄色用AH2符号表示。

浅黄色用AH4符号表示，长顺县也属于黔南州其中最值得注意的是其中像大刀形的浅黄色区为黔中遵义台凸，是都匀市独山一线向北与贵阳平的是福泉市再向北翁安县，都在这个大地构造区。

很明显在贵阳西部有很多注明的黔西系山字型构造，山字型构造前弧在郎岱。

西翼反射弧花威宁，东翼反射弧在黔西东南，山字型脊柱从毕节向南。

而长顺县和惠水县黔南州南西部的AH4区东南部独山县的荔波县在AH4区，贵定县在AH2区。

前震旦纪褶皱区（中生代星显著的活化现象，一般地点东部较西部强，南部较北部强）南北部以秦岭东西向构造系为分界。

AH2为下构造层华南台块为震旦系志留系（5n~S）下部一般表现为一个海侵沉积旋廻。

由陆相碎屑岩至海相泥岩岩相和灰岩组成，上部为海退沉积旋廻，由海相泥质岩灰岩到碎屑岩组成，有些地方奥陶系和志留系的上部缺失或变为陆相（见图6-2,6-3）。

图6-2
图6-3
图6-4
AH4上构造层华南台块为中石灰系至三迭系（C2—T），中上石炭（C2-3）海相灰岩，但海侵未达到江南背斜以西及华夏背斜地区，下二迭大部分地区为浅海相灰岩，上二迭系为滨海相三召泽相和海隆交替相，以碎屑和泥质沉积为主，三迭系下部为碎屑岩相至灰岩相海侵岩系，向上变为灰岩夹红层海退岩系。

再从华南台块看黔南州的大地构造特点（见图6-4）
首先从图6-4上可以看出这个地区总体上的都是北东方向分布，即所谓的华夏系方向整体分为三个台背斜四个台向斜分别为：Ⅰ华夏台背斜Ⅱ江南台背斜Ⅲ康滇台背斜
Ⅳ赣湘台向斜Ⅴ滇桂台向斜Ⅵ鄂黔台向斜
Ⅶ四川台向斜
和黔南州有关的是Ⅵ鄂黔台向斜和V滇桂台向斜，其中鄂黔台向斜中Ⅵ1黔北台向斜，黔南州不在其范围内，Ⅵ2黔中（遵义）台凸，是黔南州北部大部所在构造区，在贵州南部和广西西部形成桂西台凹，成为上古生界沉淀的场所，贵州地区全省为一山地高原。

Ⅴ滇桂台向斜，自广西北部向东北深入到鄂黔台向斜呈一北延长的凹陷地区，构造变动不强，多成短轴梳妆或丘状褶皱。

在黔南州有两个成煤期一是石炭系二是二迭系，在瓮安县和福泉市成煤期在上二迭统吴家坪组一段（P2W1）D煤层，区域构造上北稍偏东的大断裂控制，在范围内相对好一些，地层倾角，缓倾斜至倾斜个别矿为44°，其它县27个煤矿绝大部分是在石炭系地层中，煤层大部分为缓倾斜少数为倾斜煤层。

而石炭系有海相灰岩，二迭系也有海相灰岩夹层，岩溶水要强一些。

七、折曲断裂构造地质力学性质的划分及构造行迹特征与应用
黔南州煤矿含煤沉积主要以石炭系、二叠系上统吴家坪组一段P2W1）D层。

这些含煤地层均属于在古老基底之上的盖层沉积，而中国大地构造特征是含煤地台区有强烈的活化，不均一的沉陷凹陷，在古老结构的基础上不断的水平挤压力形成向斜背斜等等。

在简单应力场的单一方向的主水平挤压力形成向斜、背斜及不同级别的配套压性、扭性、张性的构造断裂。

图1-3 单一应力场下形成的各种构造示意图这些不同力学性质的断裂有如下特征：
压性结构面形成逆断层，配套属于最大的首先形成，断层面倾角可从小到大，断层倾向和走向上弯曲变化比较大，一般断层落差大走向延伸远。

断层结构面上有以垂直方向为主明显的羊背石的擦痕。

第二顺序扭性结构面形成的扭性平移断层倾角在30°~50°居多，断层倾斜面稳定，走向方向稳定，基本上不变，断层落差一般较小而走向上延伸长度比落差大许多倍，断层两盘牵引现象相同，断层结构面上以水平或近水平擦痕为主。

第三出现的是张性断层，其特点是断层面比较陡，接近垂直，而且是张开的，断层面较粗糙没有擦痕，断层面向深部延伸短，走向上延伸的也不远，但这种断裂可沿走向或倾向上断断续续发育。

这三种力学性质的断层，其断层面有所不同，压性逆断层断层面挤压紧密，不过瓦斯气体，也不过水，但其逆断层的上盘形成很多张裂隙，是很好的过水过气体的构造，一般大逆断层距断层面约
20m，有张裂隙。

而扭性断层可是正断层，也可成逆断层。

比如一条穿过向斜或背斜，一条平移断层，同一条断层在向斜一翼是一种形式上分类的正断层，而另一翼同一断层就成逆断，这种扭性的断层面透气性、过水性属于中间的，可有些过水透气性。

张性断层或断裂其过水或透气性是最好的，也就是说一般不太注意的小张断层，不易判断的正断层张裂隙在地层中发育或许带来安全上的隐患。

张性断裂可有两个方向，一种是与水平挤压力平行的横张裂隙，一种是与背斜轴平行，叫纵张裂隙。

其特点是在地表岩层中更发育一些向深部变小、变窄、变的数量更少，但不等于深部就没有，特别深的煤系地层在背斜构造部分会有较大的少数张裂隙发生。

比如在四川川煤集团龙门峡北煤业公司地表横张裂隙、纵张裂隙就很发育。