层滑构造及其对煤矿生产的影响

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本文所讨论的淮南煤田张集煤矿, 为石炭至二迭系含煤地层, 含主采煤层6层, 自下而上编号分别为1、4、6、8、11、13号煤层, 现在开始布置工作面的有6、8、11、13号煤层。石炭、二迭系沉积后, 本区经历了印支、燕山等多期地质构造, 构造运动的复合迭加使得构造更加复合化, 并伴有层间滑动构造的发育。近几年来, 来自该矿采掘现场的大量第一手资料越来越显示出层滑构造对煤矿生产的潜在威胁, 同时也给地质判断处理增加了难度, 如不加以特别重视和分析, 势必影响煤矿生产的正常进行。

1 层滑构造成因、类型及发育特征

1.1 层滑构造成因

在煤系沉积组合中, 煤层、顶底板泥岩、砂质泥岩是地层剖面中的软弱夹层, 在地质构造变动中, 由于软弱层与其围岩在应变上的差异, 软弱岩层往往产生滑动变形甚至塑性流动以适应围岩的形变, 软弱岩层则易成为层间滑动的主滑面或滑移带, 这种由于层与层之间的滑动或扭动而在煤岩层的层面、层组及层内所形成的特殊构造形迹, 称层滑构造。从层滑构造成因看, 这些次级构造形迹多发育于煤系剖面中的煤层、煤层组内, 表现为岩体在形态上的不协调。由于张集矿区8、11煤层及其顶底板属于岩层组合中的软弱夹层, 而6、13煤层顶底板以砂岩为主, 岩层相对强度较高, 因此8、11煤层及顶底板部位的层滑构造较6、13煤层及顶底板部位的层滑构造发育, 矿井开采实际情况也揭示了这一规律。

1.2 层滑构造类型及发育特征

根据张集矿井下揭露的层滑构造, 按其形态特征可分为三大类:即揉皱型、断滑型和断裂型。 (1) 揉皱型层滑构造。该类构造的主滑面不在煤层中而是在围岩中发育, 整个煤层仅作为次级滑动面, 煤层的顶底板为揉韧性较好的泥岩或砂质泥岩, 常呈“煤包”、“尖状褶曲”等复杂形态, 其原生结构、构造均遭到严重破坏, 而形成“构造煤”, 总体上以塑性形变为主, 不发育断裂面。 (2) 断滑型层滑构造。该类构造兼有断裂与滑动的双重性质, 以发育断裂面与揉皱型层滑构造相区别, 滑动面、断裂面均可发育于煤层内部、顶板、底板或顶底板与煤的接触面上。这类构造按滑动面、断裂面发育的先后可分为两种类型:即滑型式层滑构造和裂滑式层滑构造, 其中滑裂式层滑构造滑动面发育在先, 断裂面发育在后, 煤中混杂体为沿次级断裂面挤入的顶底板岩块;裂滑式层滑构造以断裂面发育先于滑动面为特征, 煤层以刚性形变为主, 煤体严重破坏, 呈鳞片状、粉末状, 多为“构造煤”, 在以坚硬岩层为顶底板的煤层中, 煤体滑动并沿裂隙面挤入裂隙带中。 (3) 断裂型层滑构造。该类构造的断裂面、滑动面各自独立, 断裂面较平整, 滑动面多平行或近似平行于煤层发育, 滑动面可发育于煤层中部、顶底板界面或煤层上下某一特殊位置上, 断裂面则以较大角度与滑动面相交, 煤层形态完整, 保持层状, 但由于滑面的揉搓作用, 使煤体原生结构、构造受到破坏。这种构造的剖面形态也很复杂, 常出现滑动带缺失煤层或煤层增厚、重迭等复杂型态, 煤层受断裂型层滑构造影响而造成滑动带煤层变薄。

2 层滑构造对煤层结构的影响

煤层结构是根据煤层中有无其它岩石夹层的存在, 划分为不含夹石层的简单结构和含夹石层的复杂结构。这种夹石层是原生沉积形成的。在我国许多煤矿的煤层中含有一种新的夹矸, 它不是原生沉积的, 而是由于层间滑动构造作用形成的, 笔者称之为“后生夹矸”。根据其形成方式和主要特征, 可划分出4种类型, 即:刺状夹矸、包卷夹矸、板状夹矸和泥皮夹矸, 由于后生夹矸的出现, 使原简单结构的煤层变成复杂结构煤层, 原复杂结构的煤层变得更加复杂, 导致煤层分叉、变薄, 使可采煤层变成不可采, 或使煤层叠置增厚, 而局部增厚处的煤层往往无法采出, 只有丢进老塘, 造成煤炭资源的极大浪费。

3 层间滑动对煤体结构的影响

煤体结构是指煤岩组分的形态、大小所表现的特征。根据其保存状况可划分为4种类型, 即:原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤。后3种煤为构造作用形成, 故又称为构造煤5, 煤矿工作人员则称之为软分层。

顺层剪切力是顺煤层产生滑动的力学条件, 煤体较低的力学强度是顺煤层断层发生的内因。在矿井构造的背斜、向斜和逆断层形成过程中, 在煤层内均具有剪应力条件。所以, 在矿井中层滑构造是十分发育的。在层间剪切应力的反复作用下, 煤的原生条带和整体块状结构将遭到不同程度的破坏, 形成各种类型的构造煤。这种作用形成的构造煤多呈层状分布, 其厚度和煤体结构破坏程度与层滑构造规模有关。在剖面上, 各种结构类型的煤呈过渡关系, 滑面附近的煤层多为糜棱煤, 远离滑面, 煤体结构逐渐变好至完整结构。

4 层滑构造对煤矿生产的影响

(1) 对矿井找煤、开采设计的影响。层滑构造使矿井构造类型复杂化, 层滑构造与前期构造相互交织, 给地质判断处理增加了难度, 同时层滑构造引起煤层赋存状态的改变导至煤层突变, 使其连续性、完整性遭到破坏, 给找煤、开采设计造成了困难, 特别在该类构造发育的区域, 最易造成地质判断的失误, 导致丢失可采煤层。 (2) 对煤层和煤质的影响。层滑构造造成煤厚突变, 有时会形成一定范围的不可采区或无煤区, 不仅降低了煤炭储量的可靠性, 同时由于煤厚的复杂变化, 加大了开采难度;在回采或掘进通过这些区域时, 被迫挑顶、破底, 易造成采掘设备损坏和人身伤害, 给生产造成严重影响;同时由于层滑构造造成煤层变薄、底鼓、顶底板岩锲穿刺及大量围岩块体滑入煤层等情况都会导致开采时原煤含矸率增加, 严重影响煤质。 (3) 对矿井突水的影响。层滑构造对顶底板的破坏, 降低了顶底板抗剪强度, 可引起局部水文地质条件的变化, 从而使煤层顶底板含水层突水的可能性大大增加。

5 结语

(1) 层滑构造在许多矿区都较为发育, 其成因复杂, 形态各异, 在今后的矿井地质工作中, 要重视层滑构造对矿井生产的严重危害, 加强层滑构造特征和规律的研究, 指导采区的合理开拓、布置。 (2) 对于高瓦斯矿井, 在层滑构造发育的采区, 要加强通风管理, 采后对工作面进行永久封闭, 以杜绝采空区遗煤自燃。 (3) 合理确定工作面的倾斜长度, 加大推进速度, 控顶距宜小不宜大, 顶板随采随放, 坚持正规循环, 避免因空顶时间长而造成冒顶, 垮棚等故事。 (4) 在层滑构造发育的区段掘进施工巷道时, 由于顶板破碎, 局部压力较大, 锚杆支护已不适应, 应及时采取工字钢梯形棚或钢梁木腿支护方式。

摘要：层滑构造是煤矿中普遍存在的一种构造现象。层滑构造的发育将对煤层产生较大的影响。本文论述了层滑构造的成因、类型及发育特征, 指出了层滑构造对煤矿生产的影响, 并提出了对策和建议。

关键词：层滑构造,煤矿安全生产,对策和建议