Question

地质概况

Answer 1

10. 2. 1 地层

荆各庄井田隶属开平煤田，位于开平向斜的西北侧。煤田古生代地层广泛分布，上部石炭-二叠系为含煤岩系，各系、统间多以整合或假整合接触( 表 10. 2) 。井田含煤地层为石炭系、二叠系，上覆第四系冲积层。含煤地层基底为中奥陶世灰岩，含煤地层层组划分为: 唐山组、开平组、赵各庄组、大苗庄组及唐家庄组 5 段地层。

10. 2. 2 煤层

井田含煤地层主要为石炭系、二叠系。煤层在各组地层中的分布见表 10. 3。井田煤系主要由石炭系上统和二叠系下统组成，煤系总厚度约 450m，共含大小煤层十九层，煤层总厚度约 25. 3m，含煤系数为 5. 7%。其中可采煤层共 4 层，即 9 煤、12－ 1煤、11 煤、9 煤，各煤层间距分别为 18. 4m，17. 1m，4. 5m，可采含煤系数 3. 6%。可采煤层集中在赵各庄组和大苗庄组。

表 10. 2 区域地层表

注: 据 2001 全国地层委员会和 2004 国际地层委员会发布的时代划分方案，石炭纪二分，二叠纪三分，但为了与矿上其他资料吻合方便起见，本次仍沿用旧的时代划分方案。

表 10. 3 各煤层在地层中的分布表

其中 9 煤层赋存于二叠系下统大苗庄组，埋藏深度 －135 ～458m，是下伏 3 个煤层的解放煤层，平均厚度 7. 5m。全区发育稳定，为矿井的主要可采煤层，对全矿井的产量、煤质起着决定性作用，对高产高效矿井建设和企业生存发展有着特殊重要的意义。本书将考虑 9煤顶板的突水情况。

9 煤层顶板条件分析: 9 煤层顶板岩性为砂岩、泥岩互层。距煤层 2. 0m 以上为灰白色中细粒砂岩( 俗称白砂矸) ，层厚 0 ～ 18. 2m，高岭土胶结，岩性松软，易风化冒落，遇水膨胀呈泥状，难以控制，是采掘施工顶板管理的一大难题。Ⅴ含水层覆盖于 9 煤层之上，二者间距 44. 3 ～79. 4m。对井田内 9 煤层顶板资料( 见表 10. 4) 统计分析，发生两次较大突水事故的南翼采区，9 煤层至Ⅴ含水层间距最小，采高 2. 8m 时导水裂隙就已经沟通了Ⅴ含水层。直接顶板 15. 4m 厚的白砂矸也是造成顶板冒落失控而突水的因素之一。东翼二采区及深部采区都有与之相近的顶板条件和突水可能性，而西翼采区顶板白砂矸较薄且不稳定，Ⅴ含水层水文地质条件较差，受水威胁程度相对较低。

表 10. 4 9 煤顶板特征

10.2.3 矿井构造

井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山-

缸窑背斜自成一盆状向斜。南北长约3.5km，东西宽约3.4km，北端闭合，南端开放，其轮廓恰似一个直径3.5km的亚圆形，面积约9km²。断裂构造和褶曲是井田内的主要构造形式，并由此造成含煤地层的产状起伏变化、节理裂隙纵横发育。根据井田内各区段构造特征的差异，可将井田划分为3个构造块段(图10.2)。

西翼块段:本块段西部和北部至基岩露头线，东部至F₅断层及荆各庄向斜轴线位置，南部至F₃断层。南北长3500m，东西宽500～900m，包括西一采区、西二采区和二水平轴西采区。块段内地层由东向西逐渐变陡，倾角15°～55°，断裂构造极为发育，且多数为冲断层，断层面倾角一般为大于45°，正断层少见。断层走向主要为NNE向，为井田内构造最复杂的地段。

图10.2 井田构造略图

东翼块段:其范围西至井田向斜轴线，北至F₁₆断层及7号剖面线，南至F₃断层，包括东翼采区及二水平轴东采区。东西长2500m，南北宽1500m。区内地层产状一般较为平坦，倾角多在15°以下，以断裂构造为主，且多为正断层。断层面倾角多在60°以上，逆断层以逆掩断层形式多见，断层面倾角常常小于45°，断层走向呈NW向或NNW向。

中南块段:其范围西至西翼块段，北至基岩风化带，东南至东翼块段。东西长1500m，南北宽1000m。区内地层产状平缓，倾角0°～15°，NW向的正断层较为发育，构造复杂程度介于西翼块段和东翼块段之间。

10.2.3.1 主要褶曲构造

荆各庄矿井田自身即为一个盆状向斜，向斜轴线偏居西侧，近南北延伸，中部略向西呈弧形弯曲，并向南偏东倾伏，倾伏角约5°～6°。向斜轴线西侧地层产状急陡，而东侧则较为舒缓，同时向斜边缘较中部地层产状陡。这种构造特征直接影响了井田不同区域断裂构造的性质和发育程度。在井田东部有一舒缓横向褶皱，轴线方向N43°E，长700m，宽300m，两翼倾角5°～10°。

在井田中南部有一小型背斜，轴线方向N40°E，长600m以上。背斜西部一翼产状较陡，倾角25°～60°;东部则地层较舒缓，倾角15°～25°。背斜脊部张性断裂非常发育，同时煤岩层均有拉伸变薄现象，2095，2097，2099，2020S泄水巷等工程对其均有控制。

10.2.3.2 主要断层构造

荆各庄矿区断裂构造复杂，井田内主要断层有:

(1)F₁～F₃断层组:这是3条密集平行排列的逆断层，位于井田南部，构成了井田的天然边界。三者均为逆掩断层，走向35°～60°，倾角南东，断层面倾角35°～46°，累计落差70～145m，延伸长度3500m。这组断层在地质及水文地质方面对井田起着十分重要的作用。断层带附近地层被断褶得错综复杂，支离破碎，其两侧延续到相当范围，裂隙节理丛生，使地层具有强充水性。更为重要的是，它沟通了上下含水层的水力联系，使邻近区域内水文地质条件复杂化。该断层主要由4条地质剖面和15个地面钻孔控制，其防水煤柱范围内仍是井巷工程禁区。

(2)F₁₆正断层:位于井田中部，是井田内极为重要的断层。断层走向近东西，倾角55°～78°，最大落差35m，延伸长度达1100余m。该断层不仅落差大，而且断层破碎带宽，局部达0.1～1.1m，因此曾一度具有很强的充水性，给延深工程的施工带来许多困难。通过延深工程2020S泄水巷、2090探巷、2095、1320、1119等井巷工程控制，该断层的展布延伸与落差变化已基本清楚。F₁₆断层是轴东采区与南翼采区、东翼采区与南翼采区的天然界线。

(3)F₂₆正断层:位于井田中部，F₁₆断层南侧，走向近东西向，断层面倾角65°，落差8～30m。由于其走向与F₁₆基本一致而倾向相反，因此在两断层间形成了较大的地堑构造。F₂₆断层延伸长度500m，主要控制工程有2020E、2049、2020W、2020S泄水巷、2090及钻孔荆放3。

(4)F_E9正断层:位于井田东翼的西南端并向轴东采区延伸，走向近东西，倾角45°～75°，最大落差10m，延伸长度950m。断层面平直，断层上盘或下盘有煤层拉薄现象。控制工程主要有2097、2095、1391、1392、1393、荆14孔。

(5)F₁₉逆断层:位于井田西一采区，走向呈NNE向，倾角38°～70°，最大落差28m，延伸长度500m以上。断层带宽0.3～0.5m，为泥质充填，断层面擦痕明显，两盘牵引现象明显，使煤岩层倾角变化较大，最大可达50°以上。断层落差向深部有增大趋势，控制工程有1294、1292、1210、1214。井田内东翼及南翼以正断层为主，轴东采区的构造特征与东翼及南翼的构造情况比较相似。通过分析发现东翼及南翼断层大部分为NW-SE向的正断层，少数为NE向的逆断层。其断层分布具有一定的等距性，从北到南为由简单至复杂间隔分布。西翼采区以逆断层为主，走向大多为NE-NEE向，同样以断层组的形式出现，大部分为雁列式的逆断层，但断层组之间无等距性规律。