宿南礦區煤炭資源開采地質條件分析

英成娟

摘 要：煤炭開采地質條件是指影響煤礦建設和安全生產過程中各種地質因素。本文以宿南礦區為研究對象，從區域構造、水文地質條件、煤層厚度、巖漿侵入和頂底板穩定性等方面進行開采地質條件分析。

關鍵詞：宿南礦區；礦井地質；開采地質條件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.070

0 引言

宿南礦區位于安徽省宿州市的東南部的宿南向斜構造帶上，同時被一軸向北～東、東北被一組北西向西寺坡逆斷層切割，其總體輪廓為一彎勾狀的單斜構造[1]。礦區包括桃園井田、祁南井田、祁東井田和龍王廟井田4個井田。宿南礦區主要含煤地層為二疊系，二疊系含煤地層為下統山西組、下石盒子組，上統上石盒子組，其主采煤層主要為32、72、82和10煤層[2]。

1 區域構造

據區域資料對大地構造單元的劃分，淮北煤田位于華北板塊（Ⅰ級構造單元）東南緣之淮北凹陷（Ⅱ級構造單元）內，東以郯廬斷裂與揚子板塊相接，南依蚌埠隆起和淮南煤田相望，煤田構造的形成和發展與華北板塊總體構造的形成及板緣構造的演化有著密切聯系。煤田劃分為宿縣、渦陽、臨渙和濉肖等四個礦區，本區所在的宿縣礦區位于煤田的東南部、宿縣～渦陽凹褶帶內[3]。

宿南礦區位于安徽省宿州市的東南部，為一軸向北～東、東北被一組北西向西寺坡逆斷層切割，破壞了向斜構造的完整性。其總體輪廓為一彎勾狀的單斜構造。如圖1所示。

從地應力的角度加以分析，宿南向斜（北北東向）首先是受到大致東西方向擠壓力而形成的，且在產生過程中，必然會向南北方向延伸。由于南部受到東西方向的蒙城至固鎮隆起阻擋而產生南北方向約束力的擠壓，從而造成宿南向斜南部的近于屜形的構造特征，并在南翼進一步產生了與地層走向相平行的次級褶皺，即王樓背斜和張學屋向斜。由此推測，井田的東南部應力集中程度要更強些。

1.1 褶皺構造

褶皺構造對宿南礦區煤層的控制作用具體表現為：首先，宿南向斜控制著煤層的分布與展布形態。其次，次一級的褶皺構造影響著局部煤層的形態與產狀，改變礦區內煤層的分布狀態。再其次，煤層中波狀起伏狀態，改變了煤層的傾角與厚度。

宿南礦區的褶皺構造作用不強烈，且深部與淺部差別較大，淺部變形強烈，深部較弱、不同部位差別較大。褶皺構造多發育在宿南向斜南部和東翼，而在西翼，褶皺構造不發育。宿南向斜的南端，由于受到楚河泗縣正斷層的束縛應力影響，使得南部向上仰起且發育較多的褶皺構造，但褶皺基本都在淺部發育，深部很少見一定規模的褶皺構造。宿南向斜東翼，由于受到西寺坡逆沖推覆體的影響，東翼褶皺構造發育，且也僅是在淺部發育。在宿南向斜西翼，桃園礦井田內，褶曲構造不發育，主要表現為波狀起伏。宿南礦區褶皺軸向主要有北西向、北北東、北北西向及近南北，以北西向和北北東向為優勢方位。

1.2 斷裂構造

在宿南礦區內，正斷層為主要斷層類型，占斷層總數目的90%以上，逆斷層發育較少，但逆斷層都為大中型斷層，落差全在5m以上，對煤層的破壞能力較強。并且礦區內發育斷層的傾角主要都集中在60～80°之間，占總斷層數的75%以上，也就是說，在宿南礦區內高角度斷層極為發育。

多數走向為北北東及北東，少數為近南北、東西或北西向；北北東及近東西向的斷層規模比較大，其它方向的斷層一般規模較??；正斷層都是高角度的，一般在65～70?以上；逆沖斷層傾角相對較小，但在徐宿推覆構造體系中，逆沖斷層傾角在65?以上的也常見?；幢泵禾锏男たh背斜、閘河向斜、宿南向斜均受其影響和控制，而宿東向斜則是位于西寺坡逆沖斷層與東三鋪逆沖斷層之間的斷片或滑塊上。

宿南礦區的構造復雜程度等級分區具有高度的一致性。復雜區和極復雜區都分布在礦區的西南部、南部和東部，而簡單區和中等區都分布在礦區的西部和深部區域。這是由于礦區的西南部是宿南向斜的轉折端，構造應力的集中帶。在這個區域，中小型斷層極為發育，并且發育了規模較大的次級褶皺（王樓背斜、張學屋向斜），使得此區域的構造變形非常復雜。礦區南部，即為宿南向斜的南部仰起端，構造應力作用明顯，再加上區域內特大型斷層（魏廟斷層）的影響，使得南部的構造較為復雜。礦區東部，即為宿南向斜東翼，由于大型逆沖推覆構造（西寺坡斷裂帶）推覆擠壓作用，使得巖層傾角變陡，構造發育，所以此區域的構造復雜程度等級也相對較高。

2 水文地質條件

淮北煤田位于淮北平原的中部，在地貌單元上屬于華北大平原的一部分，為黃河、淮河水系形成的沖積平原。除肖縣、濉溪、宿州北部有震旦、寒武、奧陶系巖層出露形成剝蝕殘丘低山外，絕大部分地區被第四、第三系松散層覆蓋，形成平原地形。低山的海拔標高為180～408m，平原地面標高一般為20～50m。地勢總體上由西北向東南微微傾斜。

2.1 地表水

本區河流均屬淮河水系的一部分，主要有濉河、新汴河、沱河、澮河及渦河等，它們自西北流向東南，除前二者直接流入洪澤湖外，其它各河均匯入淮河再流經洪澤湖然后入海。這些河流均屬季節性河流，河水受大氣降水控制，雨季各河水位上漲，流量突增；枯水期間河水流量減少甚至干涸。各河年平均流量3.52～72.10m3/s，年平均水位標高為14.73～26.56m。

2.2 地下水

該區新生界松散層的沉積厚度受古地形控制，厚度變化大，除少數基巖裸露區外，厚度為40～500m，其變化規律是自北向南、自東向西逐漸增厚，從地層剖面上可劃分為四個含水層（組）和三個隔水層。（局部地區缺失四含、三含或三隔）。

二疊系含煤地層根據主采煤層的賦存層位，一般分為三個砂巖裂隙含水層（段）和四個隔水層（段）。還有石炭系太原組和奧陶系兩個石灰巖巖溶裂隙含水層（段）。

3 煤層厚度特征

該礦區含煤地層厚度約600～1800m，平均為1080m，從下到上含11～1共11個煤組，含煤50余層，含煤平均總厚為27.9m，含煤系數為2.56%。礦區可采煤有3、5、8、9、10等5組，其中32、72、82、10為主要可采煤層。1、2、4、11煤組煤層不穩定，變化大，易相變為炭質泥巖或尖滅，均不可采。。二疊系地層主要包含下統山西組（P1S）、下統下石盒子組（P1X）以及上統上石盒子組（P2SS）[4]。 二疊系含煤地層含煤情況見表1。

根據各個井田煤層數據統計，得出以下結論：

宿南礦區山西組平均厚度為115～165m，含10、11煤層，可采煤層平均厚度1.09～2.65m。其中11煤層穩定性差，為不可采煤層。龍王廟井田的可采指數達到0.96（如表2所示）。

宿南礦區下石盒子組平均厚度為 225～280m，含4～9煤組，可采煤層由5至13不等，可采煤層平均厚度1.10～2.61m。其中61、63、71、72、82煤層穩定性相較穩定，全區大面積可采，如表3所示。

宿南礦區上石盒子組揭露的平均厚度在350～680m以上，含3～4層可采煤層，可采煤層平均厚度0.97～1.61m。共含1、2、3三個煤組，其中32煤層相對其他煤層穩定，各個煤礦均大面積可采，如表4所示。

礦區內各個煤層厚度平面分布整體均成呈弧形條帶狀分布，不同煤層條帶數不等，條帶狀的走向與西寺坡逆斷層的走向一致。各煤層厚度均在礦區的西南部王樓背斜和張學屋向斜等次級褶皺發育的部位增厚，呈三角狀，斜邊方向與西寺坡斷層走向一致。該厚煤帶東北方即宿南向斜的核部煤層厚度值均較大，且穩定性好?？拷魉缕聰鄬訋У拿簩雍穸纫草^大，尤在礦區的東部邊緣地區，煤層呈串珠狀分布，局部厚度可達到10m以上。10煤層由西南部煤層由西南至東北呈厚-薄-厚-薄-厚的五個相對厚度帶。72煤層處在10煤層之上，煤層由西南至東北呈厚-薄-厚的三個相對厚度帶。32煤層為三個主要可采煤層最上方，煤層厚度由西南至東北可分為厚-薄-厚-薄的相對厚度帶。

4 其他開采地質條件

4.1 地應力

中國的石炭二疊紀含煤地層形成后主要經歷了印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動等，煤層構造運動的規模、涉及范圍、構造應力場等均不盡相同，煤層形成后，歷經構造運動中拉張陷裂活動會使煤層瓦斯大量逸散。不同級別的構造活動和構造應力場控制構造作用的范圍和強度，亦控制著不同范圍煤層瓦斯的賦存和分布，同時還控制著煤層運移條件、煤體結構的破壞條件和范圍[5]。不同類型的地質構造在其形成過程中由于構造應力場及其內部應力狀態的不同，導致煤層及其蓋層的產狀、結構、物性、裂隙發育等出現差異，從而影響瓦斯的保存。

地應力是主導因素，是發生煤與瓦斯突出的必要條件；地應力大的區域，瓦斯壓力亦大；在構造應力作用下，煤的物理力學性質有明顯改變；在某些構造附近易于發生突出，而某些構造附近則不發生突出，都說明采用地質動力區劃研究煤與瓦斯突出的重要性[6]。

4.2 主采煤層頂底板的穩定性

礦區23、61、62、71煤層頂板均以泥巖為主，其次為粉砂巖，局部為細砂巖、中砂巖，多屬不穩定～中等穩定頂板，局部為穩定頂板；8、9煤層頂板以細砂巖、中砂巖為主，局部粉砂巖，屬穩定～中等穩定頂板；10煤層頂板以泥巖為主，較破碎，多屬不穩定～中等穩定頂板；32煤層頂板以泥巖為主，次為粉砂巖，比10煤頂板穩定，屬于穩定～中等穩定頂板；72煤頂板以泥巖為主，其次為粉砂巖，屬不穩定～中等穩定頂板[7]。

4.3 巖漿侵入

巖漿侵入使煤層變薄、或形成煤包、或完全被吞蝕，使煤層厚度發生變化，不可采區增大，降低了煤層的穩定性；煤層被巖漿穿插，使煤層出現分叉合并現象，煤層夾矸增多，結構復雜。

宿南礦區的祁南礦、祁南深部、祁東礦和龍王廟南區井田均有不同程度的巖漿侵入，祁東深部、龍王廟北區井田未發現巖漿侵入現象[8]。其中在祁東煤礦、祁南煤礦巖漿活動較為強烈，呈似層狀侵入煤層中，10煤層為宿南礦區巖漿巖最為發育的煤層，其次為9、8、7、6等煤層，巖性較單一，大都為基性、超基性的云煌巖，侵入中部含煤段中有少數為正長斑巖和輝石正長巖，屬印支期的脈巖；多以1～4層“夾矸”形式出現，或呈小型巖床產出，平面呈片狀或樹枝狀。從區域賦存規律分析，其原生沉積較穩定，但本礦區的10煤層由于受巖漿侵入影響，使其穩定性遭到破壞，在非巖漿侵入區，10煤層仍具有一定的穩定性，屬較穩定煤層。

5 結論

（1）礦區地層巖性復雜，特別是小構造十分發育，風化作用中等，主采煤層頂底有軟弱夾層及局部破碎帶存在斷裂，局部構造對煤層頂底板破壞嚴重，巖漿巖的侵蝕使煤層頂板工程地質條件發生變化，施工條件變差，局部地段易發生井巷工程地質問題。整個宿縣礦區的褶皺體系為隔擋式褶皺，向斜深部平緩的地質條件更加有利于資源開發。

（2）全礦區內分布有穩定和較穩定的煤層，表現為良好資源分布條件。主采煤層在整個礦區的厚度分布具有良好的變化規律，總體上呈走向為北西-南東向，由南西朝北東方向厚薄相間的條帶狀分布。32、72、10煤3個煤層的厚煤與薄煤層的分布區在平面上不重合。

參考文獻：

[1]張繼坤.安徽省煤田構造與構造控煤作用研究[D].北京：中國礦業大學（北京），2011.

[2]吉俊閣，呂云.韓城礦區三和煤礦開采技術條件分析[J].陜西煤炭，2008（06）：27-28.

[3]陳富勇，吳基文等.宿縣、臨渙礦區地質構造特征及其形成機理[J].科技資訊，2009，6（01）：78-79.

[4]謝和平，彭蘇萍等.深部開采理論基礎與工程實踐[M].北京：科學出版社，2006.

[5]周學斌，鄭騰龍.采場地應力分布規律及對巷道圍巖穩定性影響分析[J].安徽建筑工業學院學報（自然科學版），2013，21（04）：9-13.

[6]程遠平，張曉磊，王亮.地應力對瓦斯壓力及突出災害的控制作用研究[J].采礦與安全工程學報，2013，30（03）：408-414.

[7]王生全，夏玉成.邢臺顯德汪井田煤層頂板穩定性評價與預測[J].西北地質，1997，18（04）：46-49.

[8]趙志根，唐修義，黃文輝等.祁東煤礦巖漿侵入特征的研究[J].中國煤炭地質，2009，21（01）：27-29.