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摘 要：本文介绍了北阳庄矿的地质构造特征，探讨了中小型断层构造的形成机制和对煤层开采的影响。
关键词：北阳庄矿；构造特征；形成机制
北阳庄矿是由开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司建设的一座大型现代化矿井，位于蔚县矿区东南部，矿井面积49.29km2，地质储量30900万吨，可采储量18900万吨，设计生产能力180万吨/年，服务年限70年。北阳庄矿于2010年8月开工建设，现已移交生产单位。在建井过程中，发现了大量的中小断层，给煤矿的首采面的布置和巷道的布置造成了很大的困难，现就北阳庄矿井的构造特征做一详细的分析，以其对煤矿的生产和建设起一定的积极作用。
1 矿井总体构造特征
蔚县煤田外围被四条不同时代的大断层所切割，形成一个相对独立的北东方向长的矩形断块。断块总体构造形态为一轴向北东的开阔复向斜。北阳庄矿井位于蔚县矩形断块的中部。矿井内地层产状为单斜，走向近南北或北东，倾向东或南东，倾角5°～15°，单斜地层上发育了诸多的次级褶皱和断层。通过地质勘查和井下采矿工程的揭露，迄今，全矿井共发现大小断层208条，划分出形态较明显的褶皱构造10个。矿井内褶皱构造不发育，断层构造构成矿井的主要构造骨架（图1）。
1.1 断层构造特征
在已发现的208条断层中，原地质报告提供53条，井下三条大巷发现48条，井下其它工程揭露107条（表1）。
从表1可以看出，本矿井断层构造以落差15m及以下的小型断层最为发育，且正、逆断层基本相当。落差在5m以下的小断层所占比例较大，表明落差在5m以下的小断层均极为发育。
本矿井断层构造，按其走向的不同，大致可划分为走向近NWW、NW、NE、NNW、NNE、NE、NEE向7组。以走向NNE向的断层组最为发育；其次为NW向断层组。以北西走向的断层组最为发育。正断层倾角45°以上较多，最大倾角达85°；逆断层倾角45°以下较多，均在55°以下，最小近水平。
表1 断层规模等级分类统计表
等级类别
统计项目 >50m <50m～30m <30m～15m <15m～5m ≤5m 合计
正断层（条） 6 6 24 46 82
逆断层（条） 5 3 1 28 31 68
合 计（条） 11 3 7 52 77 150
所占比例（%） 6.9 2.0 4.7 34.7 51.3 100
注：本表未采用三条大巷断层数据。
据精查勘探地质报告提供：F20、F20-3、F32、F33、F34及F35等几条大型正断层呈近南北走向，大致等间距近平行东西向排列，或两条大断层近乎首尾相接，由南而北纵贯全矿井，形成本区的主体构造格架。剖面上常组合成地堑、地垒或阶梯状抬斜断块。从各主要煤层底板等高线图上可以进一步看出，F201、F202、F203、F204、F205、F206及F207等大、中型逆断层分布于矿井首采区及其外围，呈近东西转北东向南或南东突出的弧形或S形展布。它们大致等间距近平行雁列，构筑成首采区及外围的构造骨架。剖面上主要组合成叠瓦状构造。在這些由大、中型断层所组成的构造骨架之间，发育了众多的次级小断层，它们或与之平行，或与之呈“入”字型斜接，形成“羽”状构造。在首采区外，则次级小断层分布较少，这与其控制程度较低不无关系。
本矿井断层构造中较大的正断层，如F20、F203、F32、F33、F34、F35等均切割煤系基底、煤系、后城组地层。这些断层具有含煤地层中的断距大，后城组地层中的断距小的特征，一般后城组断距为煤系断距的1/2～1/3。逆断层一般不切穿1煤层及其以下地层，仅有F202、F205等少数断层切穿1煤层及石灰岩。所有逆断层均未切穿后城组。
1.2 褶皱构造特征
开拓区揭露的地层，未显示地层具备褶皱构造形态。本文叙述的褶皱构造均引自原精查勘探地质报告。矿井中褶皱构造不发育，已经确定的褶皱在剖面上显示为：上隆不高，下凹不深，属两翼舒缓开阔的复式背、向斜构造。在煤层底板等高线图上，同一条等高线七转八回，勾画出诸多小型褶曲。它们的长宽比均小于3：1。由于它们规模较小，形态模糊，在矿井首采区及其附近，由于断层切割、推移，等高线支离破碎，不能识别。
原精查勘探地质报告划分出规模较大或褶曲形态较明显的向斜6个，背斜4个。除小辛留向斜位于矿井东部，并贯穿南北外，其余均位于矿井的南、北边部。这些褶曲构造，按其轴向的不同大致划分为近南北和近东西向两组，并有一定的变化，轴面多呈弧形或S形展布，且由于众多的小型褶曲或断层构造的复合，造成褶皱轴面起伏不平，煤层沿走向和倾向均发生有一定的变化。
2 中小型构造及其对煤层开采的影响
2.1 中小型断层构造规律
开拓区内中小型断层十分发育，开拓区共发现断层155条，其中三条大巷发现了48条断层。开拓区发现107条。现以开拓区107条断层为基础，分析于下。
① 断层性质：开拓区97条中小型断层；正断层63条，占61.8﹪；逆断层39条，占38.2﹪。
② 断层规模：大于50～30m 的大型1条，占断层比例0.9﹪；30～15m中小型断层3条，占2.8﹪；15～5m的小型断层27条，占25.3﹪；<5m的断层76条，占71.0﹪。
以上数据显示，正断层占据优势，占断层的比例61.8﹪；<5m的断层占有较大优势，占整个断层比例71.0﹪。
③断层走向：正断层断层走向有三组：北东60°方向居多；其次为 280°、315°方向。逆断层断层走向有三组：北东20°方向占优势；310°方向、80°方向。
④断层倾角：正断层>45°的断层35条，< 45°的断层23条。逆断层>45°的断层25条，< 45°的断层14条。 ⑤断层倾向：正断层倾向有4组：倾向300°方向占优势，其次为260°方向和20°方向，125°方向。逆断层倾向大约3组，倾向290°方向占优势，其次为350°方向，220°方向。
开拓区褶皱构造不发育。
2.2中小型构造形成机制
① 褶皱：根据目前矿井揭露情况来看，北阳庄矿井逆断层发育普遍，褶皱构造不发育。
据详查地质报告：本区逆断层多形成于下花园组煤系沉积之后、后城组沉积之前的髫髻山期。煤系刚刚形成不久，就发生了挤压的构造运动，这种压应力作用在基底——已经固结很好的奥陶系灰岩上，同时也作用在刚刚沉积不久的下花园组含煤地层上。煤系尚未完全固结，在压应力的作用下，固结好的基底奥陶系灰岩表现为断层，较软的煤系表现为弯曲变形，形成褶皺。由于基底地层是已经固结的石灰岩的变形作用主要是以断层为主，上覆的煤系随着基底地层的断裂而发生断裂，不可能形成紧闭褶皱和倒转褶皱。
② 逆断层：在压应力持续作用下，地层发生共轭剪性破裂，根据应力摩尔剪破裂理论，共轭剪破裂面的锐夹角，指向最大压应力方向。同时形成的两组断层，一组剪破裂面发育，另一组不发育。如果同时发育两条平行的断层，可产生同一层煤层分叉的煤层组合。
③ 顺层断层：北阳庄矿井区域地层倾角10°左右，在主压应力水平的情况下，逆断层倾角在小于30°，或者更小的情况下，逆断层和地层的倾角非常接近，逆断层就沿着地层层面滑动，形成顺层断层。由于煤层硬度小，剪破裂面极易在煤层中发生。煤层除了具有软的特征外，还具有滑润剂的作用，井下掘进中，常见煤层伴随着断层出现，断层面就在煤层中间。顺层断层使煤层结构遭到破坏，使煤层在局部地段变厚和变薄。由于煤层的滑润作用，断层面不产生断层角砾岩，和擦痕，断层两盘岩石不发生变化，使断层具有极大的隐蔽性。
④ 复杂的断层形态：由于原来构造面的存在，新产生的构造面形成过程中，除了产生新的构造面之外，还要对已有结构面进行改造。对已有结构面的改造，一是对原来结构面的迁就，再是对原来的结构面改造。表现出同一个结构面同时留下两次构造运动的痕迹，如果两次运动性质相反，两种截然相反的构造痕迹就会出现在同一条断层上。一条断层，可能同时具有逆断层特征和正断层特征。再是原来的结构面发生旋转和改造可能使原来高角度正断层，变成倾角很缓的正断层，可以使倾角很缓的逆断层，变成倾角很大的逆断层。从北阳庄目前揭露的断层，倾角只有20°的正断层，倾角大于70°的逆断层，都是由于后来的构造运动，改造了原来的构造面的初始状态而形成的。
2.3 中小型构造对煤层开采的影响
本区中小型断层构造，是影响煤层开采的最主要的地质因素。它们严重破坏了煤层的连续完整性，使煤层发生中断后，上下错位，倾角增大，煤层加厚或减薄，并伴有牵引褶曲、构造节理等地质现象，使采煤工作面不能顺利进行。特别是那些规模较大的断层，直接影响到采区的划分，巷道和工作面的布置等，由于它们的出现，往往造成掘进率增高，甚至出现无效进尺等，故其对煤层的开采影响程度较大。对于那些落差小于煤厚的小型断层，回采工作面推进到断层时，可通过破顶或铺底的方法直接进入断层的另一盘继续回采。因此，其对煤层的开采影响较小。当断层落差大于煤厚时，则回采工作面不能平推硬过，需重新开掘切割眼，工作面搬家到断层另一盘进行回采，这样就会对煤层的开采产生一定程度的影响。
本矿井大中型断层发育较少，部分断层基本上已经查明并得到较好的控制，那些小型断层，在矿井揭露中极为发育，且多成群出现和密集成带，因此它们是影响本区煤层开采的最大的地质构造因素，在矿井的开采设计中，布置采区巷道时予以充分的考虑，尽量减少小型断层的影响。
3 结语
北阳庄煤矿地质构造及其复杂，已经严重影响了矿井的建设和采面的布置，在今后的地质工作中，要加强对构造规律研究，加强地质构造对煤层破坏的研究，加强构造对矿井充水的研究，真正做到为矿井生产服务。
参考文献：
[1] 范志强主编，开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司北阳庄矿建井地质报告.河北宣化，河北省煤田地质局第
四地质队，2013.
[2] 张树胜主编，河北省蔚县煤矿区北阳庄井田勘探地质报告.河北宣化，河北省煤田地质局第四地质队，2001.
作者简介：范志强，男，1967—，地质工程师，从事煤炭地质勘查工作26年。
关键词：北阳庄矿；构造特征；形成机制
北阳庄矿是由开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司建设的一座大型现代化矿井，位于蔚县矿区东南部，矿井面积49.29km2，地质储量30900万吨，可采储量18900万吨，设计生产能力180万吨/年，服务年限70年。北阳庄矿于2010年8月开工建设，现已移交生产单位。在建井过程中，发现了大量的中小断层，给煤矿的首采面的布置和巷道的布置造成了很大的困难，现就北阳庄矿井的构造特征做一详细的分析，以其对煤矿的生产和建设起一定的积极作用。
1 矿井总体构造特征
蔚县煤田外围被四条不同时代的大断层所切割，形成一个相对独立的北东方向长的矩形断块。断块总体构造形态为一轴向北东的开阔复向斜。北阳庄矿井位于蔚县矩形断块的中部。矿井内地层产状为单斜，走向近南北或北东，倾向东或南东，倾角5°～15°，单斜地层上发育了诸多的次级褶皱和断层。通过地质勘查和井下采矿工程的揭露，迄今，全矿井共发现大小断层208条，划分出形态较明显的褶皱构造10个。矿井内褶皱构造不发育，断层构造构成矿井的主要构造骨架（图1）。
1.1 断层构造特征
在已发现的208条断层中，原地质报告提供53条，井下三条大巷发现48条，井下其它工程揭露107条（表1）。
从表1可以看出，本矿井断层构造以落差15m及以下的小型断层最为发育，且正、逆断层基本相当。落差在5m以下的小断层所占比例较大，表明落差在5m以下的小断层均极为发育。
本矿井断层构造，按其走向的不同，大致可划分为走向近NWW、NW、NE、NNW、NNE、NE、NEE向7组。以走向NNE向的断层组最为发育；其次为NW向断层组。以北西走向的断层组最为发育。正断层倾角45°以上较多，最大倾角达85°；逆断层倾角45°以下较多，均在55°以下，最小近水平。
表1 断层规模等级分类统计表
等级类别
统计项目 >50m <50m～30m <30m～15m <15m～5m ≤5m 合计
正断层（条） 6 6 24 46 82
逆断层（条） 5 3 1 28 31 68
合 计（条） 11 3 7 52 77 150
所占比例（%） 6.9 2.0 4.7 34.7 51.3 100
注：本表未采用三条大巷断层数据。
据精查勘探地质报告提供：F20、F20-3、F32、F33、F34及F35等几条大型正断层呈近南北走向，大致等间距近平行东西向排列，或两条大断层近乎首尾相接，由南而北纵贯全矿井，形成本区的主体构造格架。剖面上常组合成地堑、地垒或阶梯状抬斜断块。从各主要煤层底板等高线图上可以进一步看出，F201、F202、F203、F204、F205、F206及F207等大、中型逆断层分布于矿井首采区及其外围，呈近东西转北东向南或南东突出的弧形或S形展布。它们大致等间距近平行雁列，构筑成首采区及外围的构造骨架。剖面上主要组合成叠瓦状构造。在這些由大、中型断层所组成的构造骨架之间，发育了众多的次级小断层，它们或与之平行，或与之呈“入”字型斜接，形成“羽”状构造。在首采区外，则次级小断层分布较少，这与其控制程度较低不无关系。
本矿井断层构造中较大的正断层，如F20、F203、F32、F33、F34、F35等均切割煤系基底、煤系、后城组地层。这些断层具有含煤地层中的断距大，后城组地层中的断距小的特征，一般后城组断距为煤系断距的1/2～1/3。逆断层一般不切穿1煤层及其以下地层，仅有F202、F205等少数断层切穿1煤层及石灰岩。所有逆断层均未切穿后城组。
1.2 褶皱构造特征
开拓区揭露的地层，未显示地层具备褶皱构造形态。本文叙述的褶皱构造均引自原精查勘探地质报告。矿井中褶皱构造不发育，已经确定的褶皱在剖面上显示为：上隆不高，下凹不深，属两翼舒缓开阔的复式背、向斜构造。在煤层底板等高线图上，同一条等高线七转八回，勾画出诸多小型褶曲。它们的长宽比均小于3：1。由于它们规模较小，形态模糊，在矿井首采区及其附近，由于断层切割、推移，等高线支离破碎，不能识别。
原精查勘探地质报告划分出规模较大或褶曲形态较明显的向斜6个，背斜4个。除小辛留向斜位于矿井东部，并贯穿南北外，其余均位于矿井的南、北边部。这些褶曲构造，按其轴向的不同大致划分为近南北和近东西向两组，并有一定的变化，轴面多呈弧形或S形展布，且由于众多的小型褶曲或断层构造的复合，造成褶皱轴面起伏不平，煤层沿走向和倾向均发生有一定的变化。
2 中小型构造及其对煤层开采的影响
2.1 中小型断层构造规律
开拓区内中小型断层十分发育，开拓区共发现断层155条，其中三条大巷发现了48条断层。开拓区发现107条。现以开拓区107条断层为基础，分析于下。
① 断层性质：开拓区97条中小型断层；正断层63条，占61.8﹪；逆断层39条，占38.2﹪。
② 断层规模：大于50～30m 的大型1条，占断层比例0.9﹪；30～15m中小型断层3条，占2.8﹪；15～5m的小型断层27条，占25.3﹪；<5m的断层76条，占71.0﹪。
以上数据显示，正断层占据优势，占断层的比例61.8﹪；<5m的断层占有较大优势，占整个断层比例71.0﹪。
③断层走向：正断层断层走向有三组：北东60°方向居多；其次为 280°、315°方向。逆断层断层走向有三组：北东20°方向占优势；310°方向、80°方向。
④断层倾角：正断层>45°的断层35条，< 45°的断层23条。逆断层>45°的断层25条，< 45°的断层14条。 ⑤断层倾向：正断层倾向有4组：倾向300°方向占优势，其次为260°方向和20°方向，125°方向。逆断层倾向大约3组，倾向290°方向占优势，其次为350°方向，220°方向。
开拓区褶皱构造不发育。
2.2中小型构造形成机制
① 褶皱：根据目前矿井揭露情况来看，北阳庄矿井逆断层发育普遍，褶皱构造不发育。
据详查地质报告：本区逆断层多形成于下花园组煤系沉积之后、后城组沉积之前的髫髻山期。煤系刚刚形成不久，就发生了挤压的构造运动，这种压应力作用在基底——已经固结很好的奥陶系灰岩上，同时也作用在刚刚沉积不久的下花园组含煤地层上。煤系尚未完全固结，在压应力的作用下，固结好的基底奥陶系灰岩表现为断层，较软的煤系表现为弯曲变形，形成褶皺。由于基底地层是已经固结的石灰岩的变形作用主要是以断层为主，上覆的煤系随着基底地层的断裂而发生断裂，不可能形成紧闭褶皱和倒转褶皱。
② 逆断层：在压应力持续作用下，地层发生共轭剪性破裂，根据应力摩尔剪破裂理论，共轭剪破裂面的锐夹角，指向最大压应力方向。同时形成的两组断层，一组剪破裂面发育，另一组不发育。如果同时发育两条平行的断层，可产生同一层煤层分叉的煤层组合。
③ 顺层断层：北阳庄矿井区域地层倾角10°左右，在主压应力水平的情况下，逆断层倾角在小于30°，或者更小的情况下，逆断层和地层的倾角非常接近，逆断层就沿着地层层面滑动，形成顺层断层。由于煤层硬度小，剪破裂面极易在煤层中发生。煤层除了具有软的特征外，还具有滑润剂的作用，井下掘进中，常见煤层伴随着断层出现，断层面就在煤层中间。顺层断层使煤层结构遭到破坏，使煤层在局部地段变厚和变薄。由于煤层的滑润作用，断层面不产生断层角砾岩，和擦痕，断层两盘岩石不发生变化，使断层具有极大的隐蔽性。
④ 复杂的断层形态：由于原来构造面的存在，新产生的构造面形成过程中，除了产生新的构造面之外，还要对已有结构面进行改造。对已有结构面的改造，一是对原来结构面的迁就，再是对原来的结构面改造。表现出同一个结构面同时留下两次构造运动的痕迹，如果两次运动性质相反，两种截然相反的构造痕迹就会出现在同一条断层上。一条断层，可能同时具有逆断层特征和正断层特征。再是原来的结构面发生旋转和改造可能使原来高角度正断层，变成倾角很缓的正断层，可以使倾角很缓的逆断层，变成倾角很大的逆断层。从北阳庄目前揭露的断层，倾角只有20°的正断层，倾角大于70°的逆断层，都是由于后来的构造运动，改造了原来的构造面的初始状态而形成的。
2.3 中小型构造对煤层开采的影响
本区中小型断层构造，是影响煤层开采的最主要的地质因素。它们严重破坏了煤层的连续完整性，使煤层发生中断后，上下错位，倾角增大，煤层加厚或减薄，并伴有牵引褶曲、构造节理等地质现象，使采煤工作面不能顺利进行。特别是那些规模较大的断层，直接影响到采区的划分，巷道和工作面的布置等，由于它们的出现，往往造成掘进率增高，甚至出现无效进尺等，故其对煤层的开采影响程度较大。对于那些落差小于煤厚的小型断层，回采工作面推进到断层时，可通过破顶或铺底的方法直接进入断层的另一盘继续回采。因此，其对煤层的开采影响较小。当断层落差大于煤厚时，则回采工作面不能平推硬过，需重新开掘切割眼，工作面搬家到断层另一盘进行回采，这样就会对煤层的开采产生一定程度的影响。
本矿井大中型断层发育较少，部分断层基本上已经查明并得到较好的控制，那些小型断层，在矿井揭露中极为发育，且多成群出现和密集成带，因此它们是影响本区煤层开采的最大的地质构造因素，在矿井的开采设计中，布置采区巷道时予以充分的考虑，尽量减少小型断层的影响。
3 结语
北阳庄煤矿地质构造及其复杂，已经严重影响了矿井的建设和采面的布置，在今后的地质工作中，要加强对构造规律研究，加强地质构造对煤层破坏的研究，加强构造对矿井充水的研究，真正做到为矿井生产服务。
参考文献：
[1] 范志强主编，开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司北阳庄矿建井地质报告.河北宣化，河北省煤田地质局第
四地质队，2013.
[2] 张树胜主编，河北省蔚县煤矿区北阳庄井田勘探地质报告.河北宣化，河北省煤田地质局第四地质队，2001.
作者简介：范志强，男，1967—，地质工程师，从事煤炭地质勘查工作26年。