1、大柳塔矿井f2断层的基本地质特征及对回采的影响刘双玉（中国神华能源股份公司神东分公司）摘要:本文在分析大柳塔矿井 f2 断层地质特征的基础上,总结了断层的分布规律,剖析了该煤层对煤炭开采的影响和造成的损失,并对本矿区的煤炭资源勘探、开采设计提出一些原则性建议。本文介绍的断层规律及工作面的布置原则对类似地质条件矿区的矿井地质工作、勘探工作、开采设计有一定的参考意义。关键词: f2断层;地质特征;回采;影响及及建议;大柳塔矿井 Geological characteristic and effect on exploitation of F2 fault in DaLiuTa coal mineL
2、iu shuang yu(Shendong Coal Branch, China Shenhua Energy Company Limited)Abstract: This article bases on the analysis of geological characteristic of F2 fault in DaLiuTa coal mine,author summarized the distributing rule of the faults here,and analyzed the exploitation difficulty and loss result from
3、this coal bed,and put forward some proposal about prospecting and exploitation for coal resource. The distributing rule of fault and the arrangement principle of working area introduced in this article has referenced significance in similar coal area to geological condition.Keyword: F2 fault; geolog
4、ical characteristic;effect and proposal; DaLiuTa coal mine大柳塔矿井f2断层是大柳塔矿井开采2 -2煤层时发现的隐伏断层,该断层在不同区域与工作面走向分别以41、11交角自北西至南东斜穿124、126、123三个盘区，斜跨12个综采工作面。受其影响：1个综采工作面完全不能布置；限制了6个综采工作面的延伸布置；造成3个综采工作面跳采。不但造成开采效率、效益的降低，同时使采区中间的1340万吨的储量不可综采。认识其基本特征及赋存规律，对于本矿井下层煤开采设计、对于区域内类似条件下断层的推测、工作面的布置等都有重要的意义。1 断层分布区域的地
5、质概况1.1 地层区内的地层由老至新有：侏罗系下统富县组（J1f）、侏罗系中统的延安组（J2-y）、直罗组（J2Z），以及新生界第四系下更新统的三门组(Q1S)、中更新统的离石组(Q2l)、上更新统的萨拉乌苏组(Q3S)、全新统(Q4)等。1.1.1 侏罗系下统富县组（J1f），岩性主要为灰白色细中粒砂岩，局部含粉砂岩。区内大部分缺失仅在中部有出露。地层厚度为8.0-23.0m, 平均厚度为9.37m。1.1.2 侏罗系中下统延安组（J1-2y）,为含煤地层。厚度96.62243.50米，平均195.24米，岩性以灰白浅灰色中粒长石砂岩，岩屑长石砂岩及钙质砂岩为主。自下而上依次为15段，每段含
6、一个煤组，自上而下编号15煤组。揭露出的f2断层在赋存在延安组第四段中。1.1.3 侏罗系中统直罗组(J2Z)本组因受后期剥蚀，区内仅残留底部地层，厚度0-46.75m，平均18.37m，上部为灰绿、蓝灰色泥岩、粉砂质泥岩，粉砂岩为主。下部为灰白色中粗粒长石砂岩、夹绿色泥岩。1.1.4 第四系(Q)本系地层不整合覆于基岩之上。以老至新分为上更新统和全新统，上更新统又分为三个组。第一为三门组：厚度0-45.7m，平均11.77m，岩性砂砾岩，夹多层砂质粘土，第二为离石组：底部为砂砾石层，上部以黄土为主。第三为萨拉乌苏组：厚度0-75.3m，平均18.85m，岩性为粘土质中、细砂为主。 全新统分为
7、冲洪积层和风积层。冲积层下部为中粒砂和砂砾石，厚度0-12.45m;上部为浅黄色中细砂、粉砂质粘土、粘土质粉砂,厚度1-10m。风积层广布于井田地层，由浅黄色细砂、粉砂组成,厚度0-15m。1.2 构造矿井位于鄂尔多斯台向斜东翼陕北斜坡上。矿区处于构造稳定的盆地内部，地史上历次构造运动的影响甚微。矿区断层稀少，构造简单。地层为缓缓西倾的大单斜构造，倾角度左右，在此此背景下分布有一些宽缓的波状起伏，起伏幅度大小不一，在18m之间。井田东部发育有5条（北西西南东东，）NWWSEE走向的高角度正断层，断距10-80米，倾角55-80度，断层延伸小于16公里，为张性正断层。井田内断层特征一览表产状断层
8、名称断层位置 走向 倾向 倾角断层落差井田内长度查明程度 影响煤层蛮兔塔断层蛮兔塔曹家梁南N50WN66W 210 75 075 约 4.7 基本查明 2-2煤层以下三不拉沟北断层三不拉沟 杨家壕 N67W 20370 80 030 11 已查明 2-2煤层以下三不拉沟南断层三不拉沟南白家渠北 N70W 20 75 040 约 715 线谷家坡 4KN 查明基本查明3KN2-2煤层以下前石畔断层J54 东 前石畔N50WN80W207 75 020 约 6.8 基本查明 2-2煤层以下李家村断层蛮兔塔 李家村N62WN68W205 75 014 约 8.6 基本查明 2-2煤层以下1.3 水文
9、地质矿井位于陕北黄土高原北部，地形西北高东南低，海拔10001350米，干旱少雨，蒸发量大，多季风，导致本矿井地下水较贫乏，仅在沙层覆盖区的古洼地、古冲沟及煤系火烧岩区的地下水较丰富。按地下水的含水介质，本矿井地下水分松散岩类孔隙潜水、烧变岩孔洞裂隙潜水和碎屑岩类裂隙承压水三大类。三类地下水中松散岩类孔隙潜水分布广，含量丰富，对矿井生产影响大。松散岩类孔隙潜水的含水层为第四系下更新统三门组（Q1S）砂砾层含水层。该层不整合于基岩之上，厚度0-27.4m，平均厚11.77m。含水层厚0.10-27.48m，平均8.24m。岩性为杂灰色含中粗砂或粉细砂卵砾石层，富水性中等至强，碎屑岩类裂隙承压水含
10、水层为中下侏罗统延安组（J1-2y）裂隙承压水。该组厚99.53-243.50m，平均厚195.24m，岩性为中粗粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩及泥岩交替互层，富水性极弱。烧变岩孔洞裂隙潜水只分布在煤系露头火烧岩区，接受第四系松散层潜水侧向补给，由沟谷烧变岩露头的地形低处以泉排泄。富水性较强，但赋存在煤层边沿，分布范围小，对开采影响较小。1.4 煤层煤系地层延安组含煤20余层，有对比意义有12层，其中9层可采，2 -2、5 -2全区可采,1 -2上 、1-2、2 -2上 、3 -2、4 -3、4 -2、4 -4等7层煤层局部可采。可采煤层的最大总厚度为36.54m,最小总厚度为5.23m,平均总厚度
11、为20.16m，可采系数10.33%。可采煤层主要特征见可采煤层主要特征一览表。 可采煤层主要特征一览表 表 1煤层编号 煤层厚度 (m) 平均厚 (m) 变异系数 （ %） 可采面积 (km2) 煤层结构 煤层稳定性1 -2上 0.12 6.67 1.35 0.04 11.4 简单 不稳定复合区0.12 8.71 6.45 0.19 4.70 简单 较稳定1-2 分岔区0.12 3.91 0.81 0.85 7.30 简单 不稳定2-2上 0.34 1.54 1.27 0.35 7.50 简单 较稳定2-2 0.66 7.07 4.22 0.24 73.20 简单 稳定3-2 0.15 2.
12、67 0.76 0.83 28.0 简单 稳定4-1 0.20 1.26 0.73 0.37 45.10 简单4-2 0.10 1.33 0.56 0.61 18.00 简单4-4 0.10 1.08 0.49 0.52 18.60 简单不稳定较稳定5-2 1.35 7.75 5.60 0.25 126.8 简单 稳 定f2断层目前只在2 -2煤层中揭露，2 -2煤层全区可采面积达73.1km2，煤厚2.97-7.07m，平均4.37m，变异系数0.18，为稳定煤层。结构简单至较简单，局部含两层夹矸，夹矸厚0.03-0.66m，岩性为炭质泥岩、泥岩、砂质泥岩及粉砂岩，其余地段一般无矸。1.5
13、工作面概况矿井开采方式为平硐开拓，条带式布置高产高效综采工作面，走向长壁一次采全高全部垮落法回采。边角煤采用旺国维利法采煤法回收。断层通过处的四盘区、老六盘区综采工作面垂直大巷布置，工作面推进走向为330，三盘区工作面推进走向为120，工作面的实际长度10344740m，宽度为220、240m两种。这些工作面如不受f2断层影响，走向长度可设计长度为23405242m,实际因揭露的f2断层钭交工作面，致工作面中间段不能综采，甚至有一个工作面（21301面）当时完全不能综采。f2断层影响区工作面分布范围内的煤层呈舒缓波状起伏，煤层底板标高11231172m，最大高差为49m，煤层平均倾角3左右。工
14、作面埋深在40133m之间,一般为70110m左右。f2断层影响区的煤层厚度为3.654.96m，平均采高为3.53.9m。2 断层基本特征f2断层从大柳塔井田的北西侧延入井田,从12400工作面回风顺槽开始揭露,总体以109走向依次斜穿4盘区的12401、12401、12402、12404、12405、12406等6个综采工作面，6盘区的12601、12602、12603等3个综采工作面，之后穿过本矿井的2 -2煤层中总回风大巷、两条辅运大巷和中央皮带大巷进入3盘区，继续穿过12301、12302、12303等3个综采工作面。断层揭露段南东端到12303运输顺槽,井田内揭露长度达6.88km
15、。在4盘区、6盘区断层走向与工作面交角为41，在3盘区与工作面的交角为11。（见大柳塔矿井f2断层分布图）2.1 产状变化规律f2断层总体呈定向带状分布，总体走向为109，中部有弧形弯曲、分岔、尖灭侧现、旁侧伴生小断层等变化。在矿井北西部的四盘区，断层形态呈弧形弯曲，走向在275310之间变化，断层带偏于总体走向线北东侧，偏离距离一般在3050m之间，最大偏离距离约63m。在矿井中部的4盘区、6盘区，断层的尖灭侧现变化明显，单条断层走向大致平行总体走向，但分布位置位于总体走向线南西侧，最大偏离距离约120m。在矿井南东部的3盘区，断层呈线状分布，走向为107左右，分布位置逐渐回归到总体走向线。
16、3盘区的断层形态较为简单，可能与揭露点较少，工程控制不够有关。f2断层各揭露点的倾向在189220之间，从f2断层倾向玫瑰花图可以看出，揭露点的断层平均倾向主要集中在200左右，其他方向上分布数量较少，说明f2断层只向南南西倾斜，无相反的倾向，且它的单条断层带定向性较强。f2断层各揭露点的倾角在5987之间，从f2断层倾角玫瑰花图可以看出，揭露点的断层平均倾角主要在6070之间，说明断层主要为中高倾角，平均倾角变化区间仅为12，变化范围相对较小。f2 断层产状一览表位置 走向 倾向 倾角 落差12400 运输顺槽 286 196 70 1.212401 回风顺槽 279 189 69 1.21
17、2402 回风顺槽 292 202 59 2.1512403 运输顺槽 275 185 60 1.8712403 回风顺槽 286 196 60 1.312404 运输顺槽 310 220 62 2.212405 运输顺槽 305 215 74 6.9412406 运输顺槽 295 205 68 2.9512406 运输顺槽 280 190 87 2.2512601 运输顺槽 293 203 58 5.312601 回风顺槽 288 198 60 5.312602 运输顺槽 288 198 62 5.22-2 总回风大巷 297 207 63 4.612301 回风顺槽 287 197 74
18、3.3612302 回风顺槽 282 192 80 0.7f2断层在4、6盘区段断层的尖灭侧现变化明显，主要分布在4盘区的12406及6盘区的12602、12603三个工作面中。由北西而南东的第一次尖灭侧现出现在12405回风顺槽至12406工作面，该段f2断层的主断面落差在12405面回风顺槽由5.5m向南东至12406运输顺槽逐渐变小至2.95m，最后在12406工作面中尖灭。而在其北西侧出现一条与其小交角的新断面，其交角约为12，新断面的落差在短距离（约50m）内迅速增至2.95m，再向南东增至5.30m,从而发展成为主断面。该段断层呈尖灭左现变化。第二次尖灭侧现出现在12602工作面中
19、，该段f2断层进而发展成为大致平行的三个断面，相邻两个断面距离在3070m之间，三个断面在垂直走向的同一剖面上落差总和大致在5.2m左右,该段断层呈尖灭右现变化。在12403回风顺槽及12404运输顺槽中则在主断面的北东侧出现一条与主断面平行的小断层，两断面相距约35m，小断层走向延伸长度仅约100m。该段断层是主断面旁侧伴生发育有小断层。f2断层的分布大致有以下规律：在断层发生尖灭侧现或旁侧伴生小断层的变化时，各断面在垂直走向的同一剖面上落差总和接近附近无侧现变化单一断面断层的落差，即断层在一定地段的落差是大致接近一个常数，与断面发育的个数关系不紧密。f2断层尖灭侧现变化段的长度约在300m
20、550m之间。主断面在走向上尖灭后，侧现可以是左现，也可以是右现。侧现的新断面可以在1个以上，新断面距尖灭断面间距在40m70m之间。并列的侧现断面范围总宽度在100m以内。主断面旁侧伴生发育有小断层时，一般规模较小，落差在1.5m之内,延伸长度在150m之内。2.3 构造带的特征f2断层构造带由断层断面、断层破碎带、围岩裂隙带组成，宽度一般为0.510m。断层断面由14个断裂面组成，一般情况只有1个断面，部分地段可同时有24个断裂面发育，断裂面一般比较平直，断裂面上常发育有基本垂直走向线的擦痕。断裂面两侧的围岩有15m宽的裂隙带，裂隙带中煤(岩)较破碎。近断面的裂隙具有一定的定向性,用裂隙面
21、与断层断面交角的锐角判断对盘运动方向时，指向断层的上盘下降,下盘上升,与实际观测的断层两盘运动方向一致。距断面较远（2m）的裂隙定向性不强，特别围岩如是泥质岩石时，裂隙定向性差，裂隙面光滑（俗称滑面），该处的巷道顶板极易垮落。如断层由2个或2个以上的断面组成时，数个断面一般呈阶梯状排列，各断面同一侧的煤（岩）依次逐面下降（或上升）。各断面的产状不完全一致，但全部倾斜南西。各断面间距17m不等。只有少数地段存在有断层破碎带。破碎带宽0.11m,破碎带主要由断层泥或破碎围岩组成，个别地段的破碎带中充填有黄铁矿和方解石。断层泥以褐色者居多,少数呈土黄色,主要由粘土矿物组成,夹有泥砂质围岩或煤的碎屑。
22、断层侧的破碎围岩的层理等结构受断层影响变化较大,质地破碎甚至松软，其岩性主要是断面旁侧的围岩，远处的成分较少。黄铁矿和方解石呈细脉状充填在断层主断面侧的张性裂隙中，宽度一般在0.2m之内,横断面上长度在2m之内。方解石为白色，一般呈他形粗晶状，产于晶洞中者呈菱形自形晶单体或晶簇。黄铁矿多与方解石伴生，呈立方体状的自形或半自形晶，晶体直径20mm之内，亮黄色，强金属光泽。裂隙带主要由发育有裂隙的煤（岩）组成，宽度一般在3m以内，最宽不超过10m。近断层面的（2m）围岩产状受断层对盘运动拖曳影响有一定的变形，围岩层理与断层面的锐角指向对盘运动方向。该范围之外的围岩产状正常。裂隙带中的裂隙密度不等，
23、间距在0.22m之间。裂隙带中的裂隙其走向大致与主断面平行,倾角不等,大都在45以上。裂隙带发育地段的巷道顶板容易垮落,在巷道揭露初期往往裂隙显示不太明显，随揭露时间增加，裂隙渐趋明显。2.4 旁侧围岩的特征2.5 导水性特征各揭露点观测，f2断层不导水或基本不导水，部分揭露处有少量淋水或滴水，涌水量最多不超过1m 3/h。其原因：断层不是水平构造应力作用下形成的张性断层，断层面呈紧闭型，不具导水性；断层裂隙带的裂隙在走向、倾向上延伸不长，贯通性差；断层是在内陆湖三角洲沉积相的延安组的泥质岩石发育的，断层破碎带的泥质成分随地下水活动逐渐在裂隙空间中沉积，填堵了地下水运移的通道。2.6 力学性质
24、及其成因f2断层各揭露点的观察,无一例外的显示断层力学性质均为正断层,即上盘上升,下盘下降,其产出状态、总体走向等特征与本井田其他在勘探阶段发现的较大型断层近似，其成因也与其他断层一致。即：成煤期后古老结晶基底的不同断块在大规模升降中的不均匀升降，在上部表层地壳中形成一系列的纵张断裂，f2断层也属于其中的一条。3. 对回采的影响及以后勘探、设计应注意的问题3.1 对回采的影响影响了综采工作面的布置，造成采矿效率的降低综采工作面斜交f2断层布置，致使f2断层穿越12个综采工作面。受其影响，1个综采工作面完全不能布置，限制了6个综采工作面的延伸布置，造成3个综采工作面跳采，受影响工作面不可综采长度
25、5494m，（各工作面受f2断层影响不能综采长度详见各工作面受f2断层影响不可综采长度统计表）。综采工作面每个月可生产煤炭4080万吨，而旺采工作面每个月只可生产煤炭1020万吨，效率相差悬殊。综采工作面跳采，经回撤通道贯通，设备回撤、运输、安装、调试，到新回采段的运转正常，一般需要1215天时间，期间不能生产也造成效率的降低。上述两方面都制约了煤矿的生产能力。增大了开采损失，降低了回采率，造成煤炭资源浪费。受f2断层影响，不能布置综采工作面区域的不可综采储量达1340万吨。不能综采区段的煤炭资源用旺国维力采煤法（类似房采的采煤方法）采煤，按综采的采区回采率78%、旺采区的回采率40%计算，断
26、层影响区的回采率几乎只相当正常区域的一半，致使采煤损失量增大，矿产资源回采率大幅降低。f2断层影响区由综采变旺采就少采煤炭509万吨。增加开采工序，浪费矿产资源，造成较大的经济损失初步估算，一个工作面跳采约需345.2万元,受f2断层影响的三个工作面跳采共约需增加成本1036万元。旺采的材料费也比综采高的多，据测算，综采每吨煤的材料消耗为1元，而旺采每吨煤的材料消耗约为6元。资源损失造成的浪费更大，如按煤矿采煤的成本与上车煤价的差值估算浪费价值的话，每吨可采煤炭的价值约为105元，即受f2断层影响少采煤炭509万吨，其经济损失约为5.3亿元。这样受f2断层影响,仅工作面跳采和煤炭资源浪费两项造
27、成的经济损失就约为5.4亿元.各工作面受 f2断层影响不可综采长度统计表工作面编号 因 f2 断层致不可综采长度（m）12401 23612402 割岩石推过断层12403 70312404 52012405 50112406 21912601 40212602 87312603 11612301 2600（完全不能综采）12302 11003.2 勘探、设计应注意的问题勘探方案的布置时应注意中小落差的断层。这种断层隐蔽性强，由于落差小于10m，断层两盘煤层底板的标高差值反应不是很明显，即使在一类勘探类型区域的A级储量控制地段， 750750m网度的钻探得煤层底板高高度差值也不能明确判断这类断
28、层的存在，所以在重点区域除钻探外还应配合使用物探手段进行勘测。综采工作面应大致平行断层走向布置。这样将断层带布置于综采工作面的顺槽一侧，工作面不再跨越断层。这样可减少因不能综采所造成的资源损失,提高回采煤炭资源回采率。平行断层布置综采工作面也可避免工作面跨越断层，减少因增加工作面跳采等工序造成的浪费。大柳塔矿井在设计开采2 -2煤层之下的煤层（3 -2、4 -3、4 -2、4 -4、5 -2）时，应考虑到f2断层下延至各煤层的分布，在断层两侧应分别留有2030m宽的断层煤柱。参考文献：1林文英,潘继光等, 陕北侏罗纪煤田神木北部矿区详查地质报告,1987 年 10 月2姚建民，田晓营等,陕西省陕北侏罗纪煤田神木北部矿区大柳塔井田（扩大）勘探地质报告,1995 年 2月3林文英,劳炎明等,神府东胜矿区总体可行性研究地质资料, 1987 年 5 月作者简介：刘双玉（1954） ，男，高级工程师，毕业于西北大学地质系，矿井地质与水文地质，多年一直从事煤、金、宝玉石等矿种的找矿、研究、矿山地质工作。 （身份证号：612722195408130277）联系方式:邮编：719315单位：中国神华能源股份公司神东分公司联系电话 13409173670,0912-8270704, 0912-8221010个人电子邮箱：LSY
