第二章生產地質研究

生產地質研究是指在采掘生產過程中，對影響煤礦生產的主要地質條件，如地質構造、

煤層變化、巖漿侵入、巖溶陷落等所進行的研究。研究和查明影響生產的主要地質條件是礦

井地質的基本任務。本章從地質與采礦結合的角度，著重闡明生產地質研究的意義和任務以

及觀測、探查、預測和處理方法。

第一節礦井地質構造

一、礦井地質構造概述

(一)礦井地質構造的研究意義

礦井地質構造是影響煤礦生產建設最重要的地質條件(因素)，這是因為地質構造具有普

遍性和控制性的特點。眾所周知，地質構造普遍存在于一切礦井，只是它的復雜程度、表現

形態和對生產的影響大小各有不同或存在差異而已。同時，地質構造不僅本身嚴重影響煤礦

生產建設，而且還對其它開采地質條件起著明顯的控制作用，在研究煤厚變化、頂板穩定性、

煤與瓦斯突出、巖漿侵入、巖溶陷落、地溫、地壓等開采地質條件時，都不能不考慮地質構

造因素的控制性。

地質構造對煤礦生產建設的影響具體歸納為以下幾方面：

(1)影響井型規模和井田劃分。構造破壞嚴重的礦區不能建設大型礦井，而大型斷層

和褶皺樞紐往往是劃分井田的自然邊界。

(2)影響開拓部署。井田內部的斷層和褶皺，對于開采水平的劃分、運輸大巷的部署、

采區劃分和巷道布置等都有直接的影響。構造破壞嚴重的礦井，采區劃分零亂，巷道系統復

雜。

(3)影響掘進率。構造復雜的地段，工作面布置往往不正規，需要多掘巷道，甚至造

成無效進尺，使掘進率比正常情況顯著增大。

(4)影響采面正常生產。回采工作面內出現斷層，給生產造成困難，影響正規循環作

業，甚至使生產中斷。

(5)影響安全生產條件。構造對礦井涌水、煤與瓦斯突出、頂板穩定性等都起著明顯

的控制作用，從而增加了井下不安全因素。

此外，構造的破壞，特別是斷層的大量出現，還會影響煤層的開采價值，損失國家資源

和增加煤炭成本。但是，如果構造把深部煤層褶皺隆起或斷裂抬高，也會增加淺部的可采儲

量，如果開放性斷裂將煤層中瓦斯部分排放，則可減小煤與瓦斯突出的危險程度，在自燃發

火的煤層中，斷層可分割火區，防止火區蔓延。因此，礦井地質工作人員要巧用地質構造之

利，巧避地質構造之害。

綜上所述，礦井地質構造嚴重影響著煤礦生產建設的各個階段和各種方面，因此，研究

和查明礦井地質構造是礦井地質的重要任務。

(二)礦井地質構造的等級劃分

地質構造包括褶皺、斷層和節理。褶皺雖然影響煤層的空間產狀和位態，但它沒有破壞

煤層的連續性，在井巷中比較容易追索和查明；而斷層則破壞了煤層的連續性和完整性，在

井巷中較難查明和控制，給采掘生產帶來很大影響，節理由于尚未獨立構成對煤礦生產的直

接影響，僅是其它開采地質條件的影響因素和組成部分。因此，礦井地質構造的研究重點是

礦井斷層構造。

礦井地質構造按其規模大小和對生產的影響程度不同，可以分為大、中、小三個等級。

大型構造指整個煤產地的骨干構造。它決定著井田的劃分和總體構造輪廓，如大向斜、

大斷層等。這類構造在勘探階段已基本查明，只需加確其產狀變化。它不是礦井地質研究的

重點。

中型構造指分布在井田范圍內，影響水平、采區劃分和巷道布置的次一級構造。這類

構造在勘探階段尚未查明，甚至還未發現，需要通過補充勘探，在采掘過程中逐步查清。它

對生產影響極大，是礦井地質的研究重點。

小型構造指那些規模4很小,在一條巷道或一個工作面中就能看清全貌的更次一級的

構造。這類構造當其稀疏時，對生產影響較小；當其密集時，使煤層頂板穩定性削弱，致使

頂板維護困難。在煤與瓦斯突出的礦井，小型構造常是突出發生的構造部位。

綜上所述，中型構造，尤其是中型斷裂構造，是礦井地質研究的主要對象和工作重點。

但是，大、中、小型構造之間又存在著密切的聯系。大型構造控制中、小型構造，小型構造

反映大、中型構造，是大、中型的縮影和識別標志。因此不能孤立地研究中型構造，而應圍

繞中型構造這一核心，把大、中、小型構造的研究結合起來。

為了統一礦井斷層構造的分級標準，克服分級中的混亂現象，有必要探討礦井斷層構造

的定量分級問題。礦井斷層的定量分級，必須綜合考慮斷層的規模大小和對生產的影響程度。

一般認為，斷層落差是評定斷層規模的基本指標。但是，對于大型緩傾角斷層和平移斷層來

說，這一指標就不適宜。它們落差雖小，但規模較大，對生產影響嚴重。這一指標的另一缺

陷是同一斷層不同地段落差不是一個固定不變的數值，因此有人認為在礦井斷層定量分級

時，還應參照斷層的其它斷距、斷層的延伸長度和斷層帶寬度等指標。

生產實踐表明，斷層對生產的影響程度，除了斷層規模外，還與煤層厚度、采煤方法等

因素有關。相同落差的斷層，對厚煤層影響較小，對薄煤層影響較大，對綜采影響較大，對

炮采影響較小。因此，可采用落差與煤厚的比值作為定量分級指標。一般認為，落差大于煤

厚的為中型斷層，落差小于煤厚的為小型斷層。

根據《煤炭資源地質勘探規范》的要求，鑒于目前我國的勘探技術水平，精查階段一般

只能查明落差大于30m的斷層。因此，可把落差是否大于30m作為大、中型斷層劃分的界

限。

綜合上述認識，礦井斷層定量分組的初步方案如下：

大型斷層落差大于30m。

中型斷層落差小于30m到落差大于煤厚。

小型斷層落差小于煤厚。

(三)礦井地質構造的研究步驟和內容

生產礦井對地質構造的研究可概括為觀測、判斷、預測、處理等四個步驟。

觀測，是指對井巷已揭露的地質構造現象進行觀察、測量、記錄、描繪和攝影等項工作。

這是一項基礎工作，務必扎實抓好。

判斷，是指對揭露尚不充分的地質構造，根據與它有成因聯系的各種地質標志，通過綜

合研究、分析對比，對它的存在、性質和規模作出的切合實際的辨認。全面地占有資料，科

學地進行綜合分析，是正確判斷的前提。在作出判斷之前，應盡量設想各種可能，并逐一篩

選，以防片面性。

預測，是指對部分揭露或末揭露地區的地質構造，根據地質理論和已掌握的地質規律，

提出的預見性認識。礦井地質離不開科學的預測，那種就事論事的傳統作法，滿足不了當前

煤礦生產對地質的要求。

處理，是指針對已查明的地質構造特點，為克服和盡量減少它對生產的不利影響，采取

的相應技術措施和辦法。構造處理主要由采掘人員進行，但礦井地質人員要了解處理的原則，

熟悉處理的方法，協助采掘人員妥善處理好構造。

生產礦井研究地質構造的主要內容可歸結為以下幾項：

(1)分析研究原有勘探工程對礦井主要地質構造的控制程度，以便適時布置補充勘探工

程予以查明。

(2)系統觀測和收集地表、井巷和鉆孔中所揭露的一切地質構造資料，并正確填繪在礦

井地質圖上，及時為采掘工程提供地質資料。

(3)查明褶皺樞紐的位置、方向、起伏情況和標高變化，查明斷層的性質、斷距、延展

方向和斷失翼煤層的確切位置，以便調整巷道布置，為掘進施工指明方向。

(4)及時指出采掘前方可能出現的地質構造，以及它們對煤厚變化、巖漿侵入、充水條

件、瓦斯賦存等的影響，以便采取防護措施，保證安全正常生產。

(5)根據構造的總體展布規律和某些構造的延伸特點，盡可能地對未采掘地段進行構造

預測，為開拓部署提出合理建議。

總之，礦井地質構造研究的主要內容可簡述為：收全取準資料，及時上圖分析，總結地

質規律，開展構造預測，巧避地質構造之害，巧用地質構造之利。

二、褶皺構造的觀測與判斷

及時發現中型褶皺，切實查明中型褶皺樞紐的位置、方向、起伏和標高變化，這是礦井

地質研究褶皺構造的重點。圍繞這一重點，下面著重介紹中型褶皺的識別和觀測，中型褶皺

樞紐的推測與探查等內容。

(一)褶皺構造的識別與觀測

地層層序的對稱重復和巖層產狀的規則變化是識別褶皺的兩大標志。前者是判明褶皺構

造的確定性標志，它適用于包括等斜褶皺、倒轉褶皺、扇形褶皺和平臥褶皺在內的一切褶皺。

后者是判明褶皺構造的可能性標志，在地層層序發生倒轉的地區，即使巖層產狀沒有變化也

不能肯定就沒有褶皺；在地層層序正常的地區，巖層產狀的變化既可由褶皺引起，也可由斷

層產生。因此，在利用巖層產狀標志時要謹慎。

凡是在穿層巷道中，一旦發現地層層序出現對稱性重復時，可以斷言，其間必然存在

褶皺構造，并可根據褶皺核部和兩翼地層的相對新老，鑒別它是向斜或背斜。無論在穿層或

順層巷道中，只要發現巖層產狀呈現相向或相背傾斜時，通常有褶皺構造存在，并據此確定

向斜或背斜。在沿煤層定向掘進煤層平巷時，如果巷道發生急劇彎曲，說明有傾伏褶皺存在

（圖2-1）。

11-113.361715T2

邰意］

111115,27IV-I15.09

17-311.43

112.84

V-114.91

圖2-1煤層平巷掘進中褶皺的確定

對于已經確認的褶皺構造，應詳細觀測描述以下內容：

1）褶皺樞紐位置、傾伏方向和傾伏角對井巷揭示的中、小型褶皺樞紐，無論它出現

在巖層或煤層中，都應盡可能地進行觀測和記錄，但重點是出現在主要可采煤層中的中型褶

皺樞紐。

2）褶皺兩翼煤、巖層和軸面的產狀要素在井巷中應大量實測有代表性的褶皺兩翼煤、

巖層產狀。它是認識中型褶皺形態，推測褶皺樞紐方向必不可少的基礎資料。

3）褶皺與斷層、節理、煤厚變化的關系在能看清煤層和頂、底板的巷道中，要觀測

褶皺不同部位的煤層厚度和結構的變化，煤層及頂底板中是否存在滑動面，斷層和節理的發

育情況等。這對于了解褶皺與斷裂的配置關系，評定煤層頂板穩定性，掌握煤層厚度的構造

變化規律都具有實際意義。

通過上述褶皺揭露點的觀測與描述，隨著資料的不斷積累和繪圖綜合分析，就可以對中

型褶皺構造的分布情況、規模大小、延伸狀態、發展趨勢和對生產的影響有一個較全面的認

識。

（二）褶皺樞紐的判斷與探查

中型褶皺的樞紐與采區劃分、采面布置和巷道掘進有著密切的聯系。一般情況下，運輸

巷巷道應盡量沿向斜樞紐布置，回風巷道要力爭沿背斜樞紐掘進。這樣不僅有利于巷道運輸

和通風，而且可以少掘巷道和減少煤炭損失。為了實現巷道沿樞紐掘進的目的，礦井地質人

員必須采用多種實測、推測方法和探查手段，才能查明中型褶皺的樞紐情況。

一般情況下，中型褶皺樞紐的位置、方向、起伏和標高變化，主要是根據煤層底扳等高

線圖和褶皺縱、橫剖面圖來了解。因此，編好這些圖件，并及時加以補充和修正，是礦井地

質人員掌握褶皺樞紐總體狀況的基本方法。但是，對于那些尚未發現或查明的中型褶皺，單

靠作圖分析則無法了解褶皺樞紐情況，還必須輔以其它方法。

1.樞紐的實測方法

在穿越褶皺的巷道中，可在現場直接測定褶皺樞紐的位置、標高、傾伏向和傾伏角。如

圖2-2所示，樞紐的位置和標高可通過丈量樞紐點至測量點的方向、距離和兩點高差來確定：

樞紐的傾伏方向和傾伏角可通過測定巷道兩幫同一層面上兩樞紐點連線的傾伏方向和傾伏

角來獲得。

2.樞紐的推測方法

結合礦井地質工作實際，推測褶皺樞紐的方法有以下幾種：

1）根據上部已采煤層推測根據上部已采煤層的褶皺資料，通過上下對照的方法，推

測下部新開拓煤層的褶皺樞紐位置，是老礦區常用的有效方法。在進行推測時，對于直立褶

皺，上下煤層的褶皺樞紐在平面上的投影位置重合，可把上部煤層平面圖上的褶皺樞紐直接

描繪在下部煤層平面圖上；對于不對稱褶皺，上下煤層的褶皺樞紐在平面上的投影位置不重

合，必須根據軸面產狀和兩煤層的層間距，通過作圖和計算，確定下部煤層的褶皺樞紐位置;

對于不協調褶皺，上下煤層的褶皺形態往往有相當大的差異，必須根據不協調褶皺的變化規

律，十分慎重地推測下部煤層的樞紐位置。

2）根據區域構造線推測根據已掌握的區域構造線方向，通過類比的方法，推測個別

樞紐點的延展方向。這種推測方法準確度較低，可作為構造規律明顯、地質資料較少的新開

拓區進行補充勘探或采區劃分的依據。

3）根據褶皴兩翼產狀推測根據大量測定的兩翼煤、巖層產狀，運用極射赤平投影方

法，可求出圓柱狀褶皺樞紐的傾伏向和傾伏角。據構造地質學介紹，兩翼各產狀的投影大圓

弧基本上交于一點，該點就是褶皺樞紐線的投影點；或兩翼各產狀的法線投影點基本上同處

于一條大圓弧上，該大圓弧的法線投影點就是褶皺樞紐線的投影點。

4）實測控制與外推相結合該法是通過邊推邊擁，邊掘邊探的步驟，實現巷道沿褶皺

樞紐掘進的一種方法。首先根據巷道揭露的樞紐位置和方向，推測出相當于一部輸送機長度

的距離，然后掛線掘進。在掘進過程中要隨時進行觀測和探查，以確定樞紐的實際位置和方

向。若褶皺樞紐方向發生變化，須等上段推測距離掘完后，再按變化了的樞紐方向掛線掘進。

依次類推，直到把巷道掘成為止（圖2-3）。

圖2-2巷道中褶皺樞紐實測方法示意圖圖2-3沿向斜樞紐掘進煤層運輸巷

3.樞紐的探查方法

根據已有資料判斷中型褶皺的位置和方向，往往不同程度地帶有推測性質。在構造復雜

或資料較少的地區，這種推測常常不能作為指導采掘生產的依據。因此，需要動用生產勘探

手段，以查明中型褶皺樞紐的實際情況。目前，探查中型褶皺的主要技術手段是巷探和井下

鉆探。現簡要介紹它們的使用條件和布置原則。

1）巷探指查明中型褶皺經常使用的一種探查手段。探查巷道的布置應遵循“一巷兩用”

的原則，使它既可用于探明褶皺構造，又可為將來生產所利用。只有這樣，巷探才能經濟合

理地順利開展。現舉例說明查清中型褶皺探巷布置的一些經驗。

（1）沿中型向斜兩翼布置對掌子工作面時，向斜樞紐的探查。對掌子工作面布置的關鍵

是要掘好相鄰兩工作面的共用運輸巷，確保運輸巷沿向斜樞紐掘進。為此，合理調整巷道施

工順序，先施工橫穿褶皺的巷道，后施工沿樞紐掘進的巷道，從而達到事先查明褶皺樞紐，

指導運輸巷掘進的目的。具體的施工順序是:首先施工掘進要求較低的兩個工作面的回風巷，

然后施工兩個工作面的開切眼，增加樞紐揭露點，最后把回風上山和開切眼中的兩個樞紐點

達成樞紐線，并沿此線掛線掘進，掘出兩個工作面的共用運輸巷（圖2-4）。這種利用調整巷

道施工順序，查明褶皺樞紐，保證巷道沿樞紐掘進的做法，既不增加掘進巷道，又達到了預

期效果，是值得提倡的經驗。

N

開

北回

風

巷

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風

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輸

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軸

巷

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上

開

上

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山

山

眼

圖2-4沿向斜布置對掌子工作面

a—平面圖；b一IT'剖面圖

（2）傾斜多煤層礦井，中型褶皺樞紐的探查。傾斜多煤層礦井通常采用多水平石門開拓。

這時可采用石門配合立眼或石門配合煤巷進行探查。

石門配合立眼探查向斜樞紐，一般采用從下水平石門向上部煤層的向斜槽部掘立眼的

作法。所掘立眼既可用來探清向斜樞紐位置，又可作為將來回采時的溜煤眼（圖2-5）。

圖2-5從下水平石門掘進立眼探查向斜樞紐

石門配合煤巷探查復雜褶皺，往往是在多條石門控制的基礎上再結合煤巷探查（圖2-6）。

N50W

-120

-130

T30正石門

-120

-130

-120

-130

圖2-6江蘇南京官塘煤礦一130m水平用多條石門和煤巷控制褶皺形態

2）井下鉆探當石門資料不足以控制褶皺的基本形態，或下部延深水平的褶皺面貌尚未

查清時，需要在石門或鄰近巷道的相應位置，向預計的褶皺樞紐部位或翼部布置鉆孔（圖

2-7）,以查明下水平或下部煤層的褶皺形態。

圖2-7河北開灤唐山礦用井下鉆探查明褶皺形態

總結我國生產礦井研究褶皺構造的經驗和教訓，在進行褶皺構造的觀測和判斷時，應注

意以下問題：

(1)注意煤、巖層層位的分析和對比。礦井地質人員務必熟悉煤系地層的層位和標志層,

尤其是可采煤層上下各20m范圍內的地層更要了如指掌。不熟悉地層層位，礦井地質工作

將寸步難行。可以說，熟悉煤系地層，是解決礦井地質構造問題的一把鑰匙。

(2)注意褶皺的不協調性。沿樞紐方向，褶皺可能分叉和尖滅。沿鉛直方向，褶皺的幅

度和曲率經常變化：自上而下，褶皺一般由大變小，直至完全消失，其中相似褶皺延展較深,

平行褶皺延展較淺。在不同巖性和厚度的巖層中，褶皺發育情況往往不同：在堅硬的厚巖層

中，褶皺較開闊，波長較長；在軟弱的薄巖層或煤層中，褶皺較緊密，波長校短。因此，在

進行褶皺構造的上下左右推延時，必須考慮到褶皺的不協調性。

(3)注意褶皺發展成斷層的可能性。塑性彎曲和脆性斷裂既有區別又有聯系。因此，自

然界常可見到撓曲發展為正斷層，倒轉背斜發展成逆斷層的現象。注意到褶皺和斷層的這種

聯系，對于及時發現斷層和確定斷層性質都有一定的幫助。

(4)注意傾伏褶皺傾伏端煤層底板等高線的曲率。沿煤層掘進運輸平巷時，如果不注意

傾伏端煤層等高線曲率，就有可能使掘出的巷道曲率過大，不能運輸，造成巷道報廢(圖

2-8)。

(5)注意倒轉褶皺的正常翼和倒轉翼，以免先采位于下方的煤層，從而破壞處于上方的

煤層，導致開采順序上的失誤。

三、斷層的觀測與判斷

斷層破壞了煤層的連續性和完整性，給煤礦生產帶來很大的影響.因此，及時發現斷層

構造，切實查明中型斷層的性質、斷距、延展方向和斷失煤層的確切位置，是礦井地質工作

的重點。現按認識斷層的一般程序，依次介紹斷層出現前的征兆、斷層的識別與觀測、斷失

翼煤層的尋找等內容。

(一)斷層出現前的可能征兆

斷層的出現不是一種孤立的現象，在斷層面兩側的斷層影響帶內，往往出現一些與正常

情況異樣的地質現象。在采掘過程中隨時注意觀察這些現象，就可預示采掘前方存在斷層可

能性，以便及時采取措施，做好過斷層的準備工作。在斷層出現前，可能遇到的征兆，主要

有以下幾方面：

(1)煤、巖層產狀發生顯著變化，伴生、派生褶皺發育。由于斷層發生、發展過程中的

擠壓與拖曳作用，斷層附近煤、巖層產狀，特別是傾角往往發生顯著變化，或呈現出明顯的

牽引褶皺(圖2-9)。當煤層頂、底板巖石塑性較強時，這種現象更加普遍和強烈。根據蘇聯

H.C.葛爾比爾等人的研究，與斷層相關的褶皺，半徑曲率小、兩翼傾角陡。它是判斷巷

道鄰近斷層的重要標志。

100

100

圖2-8沿傾伏褶皺轉折端掘進運輸圖2-9江西鐘家山煤礦南區5-3O3B

平巷因曲率過大而報廢的情況煤層在近斷層處產狀突然變陡

（2）煤層頂、底板出現不平行現象。由于煤層比較松軟，或者頂、底扳巖石力學性質差

異較大，在受到斷層的擠壓和揉搓時，不同部位的變形性質和變形程度都存在差異，從而造

成頂、底板巖層產狀不一致，層面不平行的現象（圖2-10）。

（3）煤層出現厚度變化、揉皺和破碎現象（圖2-11）。接近斷層前，煤層經常出現增厚變薄、

揉皺發育、結構破壞、滑面增多等現象，煤往往搓碎呈角礫狀、粉沫狀、糜棱狀或鱗片狀，

光澤普遍變暗。

/2F

圖2-10湖南鯉魚塘礦井1214圖2-11山東淄博龍泉礦9005下山

工作面上風巷斷層附近頂底板不平行人行道遇斷層前出現的揉皺和滑面

（4）煤層及頂、底板中節理顯著增加。接近斷層時，煤層及頂、底板中節理顯著增加，

并且常常具有一定的規律性（圖2-12）。近期研究表明，隨著巷道逐漸接近斷層，與斷層相

關的節理不但組數增多，而且密度增大。但是，在緊靠斷層面附近，節理密度又有明顯下降

趨勢。應該指出，研究斷層影響帶內節理的發育和分布規律，目前已成為探索斷層預報的重

要研究方向。

（5）瓦斯涌出量明顯增加。高沼氣或煤與瓦斯突出礦井，巷道接近斷層時，水溝內冒

氣泡，煤壁上有吱吱的噴氣聲，瓦斯涌出量普遍增大。如河南焦作焦西礦巷道遇斷層前，瓦

斯涌出量出現駝峰現象（圖2-13）。利用這些規律，可以幫助預見掘進前方有斷層存在的可

能性。

圖2-12江西鐘家山礦小斷裂圖2-13河南焦作焦西礦2111流水

預兆大斷層的存在巷遇斷層時瓦斯涌出量顯著增大

(6)巷道出現滴水、淋水和涌水現象。充水性大的礦井，巷道鄰近斷層時，往往出現滴

水、淋水和涌水現象。

上述各種征兆，并非所有斷層附近都有出現。有的情況只出現某幾項；有的情況沒有明

顯的征兆；有的情況即使發現一些征兆，但實際并不存在斷層。這是因為征兆產生的原因是

復雜的和多方面的，并非僅限于斷層。因此，在實際工作中，要結合礦井具體地質條件，結

合已采掘地段的斷層資料進行綜合分析，使判斷更符合實際。

斷層出現前的征兆和使用時應該注意的問題，可簡要歸納為下面幾句話：產狀煤厚生劇

變，揉皺破碎光澤暗，節理增加有規律，瓦斯增大顯駝峰，滴水淋水或涌水，反常現象放在

心，綜合起來再確定，以防“草木皆成兵”。

隨著對斷層影響帶研究的不斷深入，目前已進入多學科結合,宏觀與微觀結合的新時期。

可以預見，這項研究將推動中小斷層科學預測的發展。

二)斷層的識別和觀測

井巷中遇到斷層，一要能識別，二要會觀測。識別和觀測斷層是礦井地質人員的基本

功之一。

1.斷層的識別

井巷中識別斷層主要是根據地層和構造兩大標志。

地層標志凡是在巷道中出現地層層序順序性重復、或地層層位缺失等現象時，一般預

示著斷層的存在.應該指出，斷層所造成的層位缺失僅限于斷層附近，而不整合或假整合所

造成的層位缺失具有區域性，斷層所造成的層序重復具有順序性，而褶皺所造成的層序重復

具有對稱性。

構造標志凡是在巷道中發現煤、巖層錯斷，產狀劇烈變化和斷層的伴生、派生構造

時，則預示有斷層的存在。一般來說，在薄煤層巷道中，識別斷層并不困難，斷層把煤、巖

層錯接在一起，涇渭分明，一目了然。但是，在厚煤層中遇到落差小于煤厚的斷層，或者斷

層把厚度相近的煤層對接在一起時，倘若稍不留意，將會漏掉斷層。這時應根據煤層本身和

頂底板特征，結合斷層面上的粉煤線和其它構造標志確定。追索煤層中的穩定夾石層和特殊

結構與性質的煤分層，看其是否斷開，是識別斷層的有效方法。此外，在煤層巷道中，當巷

幫出現局部的煤層頂、底板三角區時，常有斷層存在（圖2-14）。

圖2-14斷層造成巷壁出現煤層頂底板三角區

a一巷道實見異常現象；b一錯誤判斷；c—正確判斷

2.斷層的觀測

結合礦井地質工作實際，簡要介紹井下斷層的觀測內容和觀測方法。

1）斷層位置的確定通過測定斷層至附近測量點或巷道交叉口的距離和方向，確定井下

斷層的空間位置。據此，可將井下斷層投繪在巷道平面圖上，供采掘設計和施工需要。

如果斷層成組出現，應分別測定各斷層面的位置，并確定出主斷層面。在測定斷層面位

置時，一般沿巷壁腰線丈量距離。

2）斷層面特征的觀測內容包括斷層面的形態特征，如平整狀的、舒緩波狀的、鋸齒狀

的、粗糙的、平滑的、閉合的或張開的等，斷層面上接痕、階步、摩擦鏡面和礦物薄膜的特

征.如它們的有無、多少、外形和反映的相對滑動方向等。這里需要強調一下擦痕傾伏方向

和側伏角的觀測，因為它對于判斷斷層的幾何性質和力學性質都具有一定的作用。為使擦痕

傾伏的觀測規范化，特規定斷層走向與擦痕仰起方向的銳夾角7為傾伏角；構成該銳角邊的

斷層走向一端（帶箭頭端）的方位為側伏方向（圖2-15）。

3）斷層帶特征的觀測內容包括斷層帶的寬度和內部分帶情況，帶內構造巖、應力礦物

和表生礦物的成分、分布、力學和地球化學屬性，特別注意碎裂塊屑的成分、大小、形狀、

排列和膠結情況，片狀礦物和構造透鏡體的排列方向，必要時可采取樣品和定向標本，供分

析化驗和進行巖組分析；斷層帶內的頂板穩定狀況，瓦斯涌出量變化，滴水和淋水現象，巖

脈和礦脈的充填情況等。

4）斷層兩側巖層層位、產狀、伴生和派生構造的觀測內容包括確定斷層兩側煤、巖層

的層位；測量正常地段和斷層影響地段的煤、巖層產狀要素及其變化；觀察煤層厚度變化，

牽引現象，伴生小斷層，派生羽狀斷裂、入字型分枝構造、帚狀構造及其它旋卷構造等。它

們往往是確定斷層性質，鑒別力學屬性，尋找斷失煤層的可靠依據。

5）斷層產狀與斷煤交線的測量由于斷層面產狀變化較大，在測定其產狀要素時，特別

要注意它的代表性。斷層產狀變化的原因很多，主要是由于斷層穿過不同巖性層或追蹤不同

方向斷裂面所引起的產狀變化。

斷煤交線是指斷層面與煤層底面（或頂面）的交線。斷煤交線具有如下特點：

（1）斷煤交線是斷層面與煤層面共有的線，它既在斷層面上，又在煤層面上。

（2）斷煤交線一般情況下與煤層走向線是不一致的，只有走向斷層這一特例，兩者才重

合為一。

（3）斷煤交線是兩盤煤層的起始線或終止線。一條斷層有兩條斷煤交線，即上盤和下盤

斷煤交線。

（4）斷煤交線的方向受斷層產狀和煤層產狀的控制，局部近似直線，總體為一曲線。兩

條斷煤交線局部近于平行，總體趨于相交。

斷煤交線的實測方法是在巷道兩壁上找出同一盤斷煤交線上的兩個點，用線繩連接該兩

點，測量線繩的傾伏向和傾伏角即為斷煤交線的方向。

6）斷距的測量礦井地質中常用的斷距有層斷距和點斷距兩套（圖2-16）,層斷距是指

剖面上顯示的對應層的相對位移距離，劃分為地層斷距AE、鉛直地層斷距AD和水平地層

斷距AFo點斷距是指剖面上顯示的對應點的相對位移距離。劃分為斜斷距AB、鉛直斷距

AC（落差）和水平斷距BC（平錯）。

///

口

斷度面走向

斷層面走向

(a)(b)

圖2-15斷層擦痕的觀測圖2-16幾種常用斷距

a一觀察者自上盤進入斷層；b—觀察者自下盤進入斷層

上述斷距之間均可相互換算，只要已知其一，便可求出其它斷距。在實際工作中，當

斷距較小，在巷道中能看清全貌時，可在井下直接測出落差；當斷距較大，在巷道中不能看

清全貌時，應先對比斷層兩側煤、巖層的層位，確定出地層斷距，并根據需要再換算其它斷

距。

7）斷層的描述斷層描述一般以素描圖為主，配合必要的數據和簡要文字說明。經常為

礦井地質人員采用的記錄方式有：巷道剖面圖加注數據（圖2-17）,巷道平面圖加注數據（圖

2-18）,巷道平面加斷面圖（圖2-19）,巷道平面圖加巷道剖面圖（圖2-20）等。

H=2.39548

9525-38

1.6oH=0.6/

2.0

圖2-17巷道剖面圖加注數據

圖2-18巷道平面圖加注數據圖2-19巷道平面圖加斷面圖

圖2-20巷道平面圖加巷道剖面圖

（三）斷失翼煤層的尋找

所謂斷失翼煤層的尋找，是指確定斷層的性質和斷距,為巷道掘進指明前進方向的工作。

當煤巷掘進遇到落差大于巷高的斷層時，斷層揭露處不能直接見到斷層另一盤的煤層，為了

正確判斷斷失翼煤層的位置，合理確定過斷層找煤巷道的方向和坡度，必須進行這項工作。

目前，在煤礦中，確定斷層性質和斷距的方法主要有以下幾種：

1.層位對比法

層位對比法是根據巷道揭露的斷層另一盤煤、巖層的層位，結合斷層產狀來判斷斷層性

質和地層斷距的一種方法。當煤系標志層明顯時，它是一種既有效又簡便的方法，在煤礦中

被廣泛應用。

河北井隆三礦在四煤層中掘進巷道時遇一斷層，由于該斷層另一盤揭露的白色細砂巖是

位于4煤層上方12m的一個標志層，據此不僅確定了該斷層是正斷層，而且還推算出地層

斷距為12.9m（圖2-21）o

在開采煤層群的礦井中，由于斷層常把不同煤層錯接在一起，因此在沿煤層掘進巷道

時，斷層不易識別，巷道容易竄層，以致造成開采順序上的失誤。在這種情況下，要特別注

意掌握各煤層的特征，時刻留意煤層的結構、厚度、煤巖、結核、包裹體和頂底板巖性的變

化，準確鑒定巷道的掘進層位。只有這樣，才能及時地確定斷層的位置、性質和斷距。河北

開灤唐山礦有一條由8煤層誤入9煤層的巷道，由于事先掌握了這兩個煤層的煤巖類型差異，

因此不僅很快發現了斷層，而且確定了斷層性質和地層斷距（圖2-22）。

圖2-21河北井品三礦利用標志層判斷斷層的圖2-22利用煤巖特征確定斷層

性質和地層斷距

1—石灰巖；2一砂巖；3—煤層；4—砂、頁巖互層1—半暗型煤；2—半亮型煤；3—

砂質泥

5一粉砂巖；6—泥巖；7—斷層走向、傾角、傾向和巖；4—推測煤層

地層斷面

2.構造形跡判定法

構造形跡判定法是根據與斷層伴生和派生的小型和微型構造來判斷斷層性質的一類方

法。這些小型和微型構造，在成因上與斷層相互聯系，在分布上與斷層彼此伴隨。它們不僅

是斷層存在的標志，而且是判斷斷層性質的依據。斷層主要的伴生、派生構造有以下幾種：

1）牽引褶皺靠近斷層附近的煤、巖層，由于受到斷層兩盤相對帶動的拖曳，常發生明

顯的弧形彎曲，這種彎曲稱為牽引褶皺，亦稱引狡褶皺或拖曳褶皺。一般情況下，牽引褶皺

弧形彎曲的突起方向指示本盤（牽引褶皺所在盤）的運動方向（圖2-23）。

在利用牽引褶皺確定斷層錯動方向時，最好利用煤層頂板或底板中的牽引褶皺，只有當

條件不許可時才利用煤層層理所顯示的牽引褶皺。

2）羽狀節理指分布在斷層面的一側或兩側，并與斷層面斜交呈羽狀排列的節理。羽狀

節理是由斷層兩盤相對運動派生的局部應力場的產物。它的特征是不切割斷層面，并隨著遠

離斷層面逐步減弱而消失。

如圖2-24所示，羽狀張節理T與斷層面夾角45。左右，其與斷層面所夾的銳角尖端指

示本盤的運動方向。羽狀剪節理發育兩組吊、S2；其中，與斷層面近于直交，因銳角象限

不穩定，不能用來確定斷層兩盤的運動方向，S?與斷層面夾角在15°以下，它與斷層面所

夾的銳角尖端指示本盤的運動方向。

圖2-23根據牽引褶皺確定斷失煤層的方向圖2-24根據羽狀節理確定斷失煤層的方向

羽狀節理與地質力學的入字型構造，無論在成因上或組合型式上都十分相似。可以這樣

說，羽狀節理是一種小型的入字型構造。入字型構造是指由高序次的主干斷裂和旁側的低序

次分枝斷裂或褶皺組合成“入”字形狀的構造型式。若分枝構造屬壓性或壓扭性，其與主干

斷裂所夾銳角尖端，指示對盤的運動方向；若分枝構造屬張性或張扭性，其與主干斷裂所夾

銳角尖端，指示本盤的運動方向。

利用羽狀節理或入字型構造判斷斷層運動方向時，關鍵是要善于識別羽狀節理和分枝

構造，并能準確鑒定其力學性質。

3）帚狀構造指分布在主斷層旁側，一端收斂，另一端撤開的一組小型弧形破裂面。它

和羽狀節理一樣，也是由斷層兩盤相對運動派生的局部應力場的產物，所不同的是形成帚狀

構造時斷層帶巖體受力不平衡，曾發生過局部旋轉。

帚狀構造按破裂面力學性質不向，分為壓扭性帚狀構造和張扭性帚狀構造。如圖2-25

所示，壓扭性帚狀構造由壓扭性破裂面組成，它的外旋向撒開方向扭動，內旋向收斂方向扭

動；張扭性帚狀構造由張扭性破裂面組成，它的外旋向收斂方向扭動，內旋向散開方向扭動。

帚狀構造的扭動方向和主斷層的扭動方向兩者完全一致。因此，只要現場查明帚狀構造的力

學性質，就可確定帚狀構造的旋扭方向，并進而判斷斷層的旋扭方向，確定斷層的性質。

此外，與帚狀構造類似的其它旋卷構造，也可參照上述方法加以利用。必須指出，在

利用帚狀構造和其它旋卷構造確定斷層性質時，最關鍵的步驟是現場定準它們的力學性質,

以避免出現錯誤判斷。

圖2-25根據帚狀構造確定斷層性質圖2-26根據擦痕和階步確定斷失煤層的方向

a—壓扭性帚狀構造；b一張扭性帚狀構造煤層的方向

4）擦痕和階步指斷層兩盤相對錯動在斷層面上留下的痕跡。一股情況下，擦痕由粗而

深到細而淺的方向，或用手順擦痕輕摩手感光滑的方向，指示對盤的運動方向。階步由緩坡

至陡坡方向，或陡坡的傾向，指示對盤的運動方向；反階步則與之相反。

利用擦痕和階步確定斷層性質，可參見圖2-26。

5）斷層泥與斷層角礫被斷層搓碎并保留在斷層帶內的煤、巖層碎塊和粉末稱為斷層角

礫和斷層泥。某一煤層或標志層的斷層角礫和斷層泥，只能分布在它們曾經錯移過的那一段

距離內，而且離它們越遠，粒反由粗到細，數量由多到少。因此，追蹤斷層帶的煤角礫、標

志層角礫和粉煤線，就能找到斷失翼的煤層（圖2-27）?

265272。

263269,

26120。2592660

H=0.5

H=0.1

圖2-27根據斷層角礫和粉煤線確定斷層性質圖2-28根據平行小斷層確定斷失煤

層方向

此外，根據斷層幫內呈雁行式排列的構造透鏡體，也可判斷斷層兩盤的相對位移方向。

6）平行小斷層指與主斷層伴生，且產狀一致、性質相同的小斷層。它們是同一應力場

下產生的一組位移幅度不同的斷層面。由于這些小斷層的性質，在巷道中一目了然，因此根

據平行小斷層的性質就可判斷主斷層的性質（圖2-28）。

西德礦井地質學者提出利用共規剪裂角判斷斷層性質的方法。該法適用于縱彎褶皺作

用下形成的斷層。如圖2-29所示，在水平擠壓力的作用下，當巖層發生彎曲時，該水平擠

壓力F分解為平行層面的分力FH和垂直層面的分力Fv，這兩個分力各自形成一對共扼剪切

斷裂。由于煤系地層巖層的共枕剪切破裂角一般為60°左右，故由平行層面分力形成的共

輾剪切斷裂與層面的銳夾角較小，為30°左右，由垂直層面分力形成的共扼剪切斷裂與層

面的銳夾角較大，為60°左右。因此，根據夾角大小，確定受力方向；根據受力方向和共

輾斷裂的統一滑動方向，即可判斷斷層的性質。

f'

圖2-29利用共軌剪裂角判斷斷層性質的原理圖2-30利用共枕剪裂角判斷斷層性質舉例

例如，巷道掘進時遇一斷層f,測得斷層與層面的銳夾角為34°,據此可確定該斷層是

由平行層面分力形成的；再按受力方向，對稱配出與f斷層共枕的f'斷層（該斷層系理論上

的，不一定實際出現），該兩共朝斷層都向包含擠壓力的銳角象限的角尖運動，從而確定f

斷層為逆斷層（圖2-30）o

綜上所述，構造形跡判定法具有相當大的局限性。嚴格地說，它只適用于一次活動的斷

層，對于多期活動的斷層是不適用的。同時，這類方法只能判斷斷層性質，無法確定斷層斷

距。

3.規律類推法

規律類推法是根據已經掌握的該區斷層的發育特征和規律，確定斷層性質，指明斷失翼

煤層尋找方向的一種方法。一些開采年代長久的礦井，隨著斷層資料的大量積累，通過統計

分析、歸納總結，就可揭示該區斷層發育的某些特征和規律，并利用這些規律指導斷失翼煤

層的尋找。

河南焦作礦區、內蒙扎賁諾爾煤礦，從開采至今沒有發現過逆斷層，所揭露的均為正斷

層。據此規律，只要查明斷層面傾向，就可指明斷失煤層的尋找方向。

河北峰峰礦區，絕大部分為正斷層，只有NE30°方向才出現過傾角較緩的逆斷層。因

此，只要查明斷層產狀，就可確定斷層的性質，從而指明尋找斷失翼煤層的方向。

4.作圖分析法

作圖分析法是根據地質制圖的原理，結合斷層的各種特征，進行斷層對比聯接，確定

斷層性質和斷距的一種方法。一般的作法是：將新揭露的斷層點位置，準確地填繪在剖面圖、

煤層底板等高線圖、立面投影圖和水平切面圖上，并根據斷層產狀進行上下左右的對比聯接,

如果新揭露的斷層點與附近已查明的斷層產狀一致，特征相似，并能自然聯接，那么新斷層

點就是已知斷層的延續，因此該處的斷層性質和大致規模即可推定（圖2-31）o

圖2-31根據作圖分析法確定斷層性質和斷距

a一剖面圖；b—水平切面圖；c—煤層等高線圖；d—煤層立面圖

a、b一已查明的斷層點；a'、a"、b'一新揭露的斷層點

必須注意，在煤層底板等高線圖和立面投影圖上，斷層應按斷煤交線延伸；在水平切面

圖上，.斷層要按走向線延展，在剖面圖上，斷層須按該剖面上斷層的傾角推延。只有這樣,

才能得到較為正確的結果。考慮到斷層產狀經常發生變化，因此斷層的推延只能在近距離內

進行。

50年代，蘇聯A.A.別里茨基提出一種斷層圖示法，該法是用斷層面和煤層面等高線

來表示兩者的空間位置關系。只要已知斷層和煤層的產狀要素、擦痕的傾伏和斷層兩盤相對

滑動方向，即可繪出斷層面和兩盤煤層面等高線圖。該圖可用來求解斷距和指導過斷層找煤

巷道的布置。有關這一方法的原理和作法，在礦井綜合地質圖件編制一節中將詳細講述。

5.生產勘探法

如果遇到斷層，通過觀測和綜合分析，仍不能肯定斷層的性質，或者已知斷層性質，但

斷距無法確定，而生產上又需要查明斷距，這時就要用生產勘探方法來解決。生產勘探有巷

探、井下鉆探和井下物探等技術手段。選擇哪種勘探技術手段，主要應從經濟、迅速、資料

可靠、現有條件和生產上便于利用等因素來綜合考慮。

1）巷探當斷層性質業已確定，但斷距和煤層的可采性尚不清楚，生產上又需要掘進過

斷層的巷道時，才采用巷探。一般情況下，當煤層傾角較大時，采用過斷層掘石門探查（圖

2-32a）；當煤層傾角較小時，宜用斜巷探查（圖2-32b）。

石門

圖2-32利用巷探尋找斷失翼煤層

a一煤層傾角較大時：b—煤層傾角較小時

2）井下鉆探當斷層性質和斷距無法確定，生產上又需要查明后才能確定巷道的掘進方

向時，一般采用井下鉆探。井下鉆探的布置，主要應根據巖層產狀和斷層的可能性質來確定。

鉆孔最好垂直層面或巖層走向布置，可靈活選用水平孔、斜孔、鉛直孔和扇形群孔探查（圖

2-33）。力爭達到見煤距離短，搬家次數少，便于直探和換算所需斷距的目的。

圖2-33利用井下鉆探尋找斷失翼煤層

a一急傾斜煤層；b、c一緩傾斜煤層

3）井下物探目前我國井下物探技術正處在試驗和推廣應用階段。有關內容將在礦井地

質勘探一章簡要介紹。

綜上所述，尋找斷失翼煤層的各種方法都有一定的適用條件和局限性，在實際工作中應

強調各種方法的綜合應用，以便相互補充和彼此驗證。總結我國斷失冀煤層尋找經驗表明，

層位對比最可靠，形跡分析供參考，規律類推靠總結，作圖推連不可少，綜合分析再決斷，

不清還需手段找。

四、礦井構造預測

礦井構造預測是根據已采掘地區揭示的礦井構造展布和演化規律，對未采掘地區的構

造面貌作出的科學預見。眾所周知，為了保證采掘工作的順利進行，礦井地質工作不僅應該

及時查明已揭露的各種構造，而且希望在采掘之前就預見到可能出現的構造。隨著液壓支架、

采煤和掘進機組的廣泛使用，更加需要對采區和采面內的各種構造作出科學的預測，以便及

早采取措施，保證生產正常進行。因此，從理論上闡明和技術上攻克與機械化采掘有關的中

小構造預測問題，是礦井地質的一項艱巨任務。

礦井構造預測可以從不同角度進行分類。按預測的歷史發展和演變分為直觀型、規范型、

探索型和綜合型預測；按預測的方法分為地質分析法、數學分析法和作圖分析法預測：按預

測的生產要求分為總體構造規律預測、己知構造延展預測和采掘前方未知構造預測等。現采

用預測的生產要求分類，簡要介紹各類預測的理論基礎和方法步驟。

（一）總體構造規律預測

總體構造規律預測是對未采掘區域的構造組合特征、展布規律和復雜程度所作出的預

測。總體構造規律預測通常采用地質分析方法為主、數學分析和作圖分析方法為輔的綜合預

測方法。

1.根據構造組合型式預測構造

發生在巖層中的構造形跡，它們在空間上有一定的展布規律，在時間上有一定的演化序

列。如果對一個地區已經揭露的各種構造形跡，經過詳細研究之后，認識了它們之間的內在

聯系，從而建立起某種構造組合型式，那么就可根據這個構造組合型式中各種構造的展布規

律，來預測其它未見部分的構造特點。

根據構造組合展布規律進行礦井構造預測時，要具體分析構造所處的邊界條件，篩分

不同期次和級別的構造，鑒別構造彼此之間的疊加、干撓和改造關系，評定區內構造活動的

差異和巖石物理力學性質的區別，并在此基礎上合理利用構造的方向性、等距性、成帶性、

對稱性、逐變性和共規性等規律。

河北井隆二礦北斜井區的構造預測，就是利用構造組合型式的一個典型實例（圖2-34）。

北斜井區位于二礦西區的北部。二礦西區的南部，在NNW向的西崗頭和王舍斷層之間，分

布著NNE向的兩個背斜a和c和一個向斜b。在背斜a、c兩翼分布有縱向壓性斷層，背斜

c還被數條橫向張性斷層切斷，井使東側依次向北移動。此外，還有一些南北向的扭性斷層

和小背斜等次級構造。根據這些構造形跡所反映出來的運動方式和構造型式，系東界往北、

西界往南的一對力偶作用下形成的多字型構造（雁列褶皺及其配套斷裂）。根據多字型構造的

展布規律和同級構造大體等距性排列特征，預測二礦北斜井區e、g位置應出現背斜，d、f

位置出現向斜，在背斜兩翼有縱向壓性斷層，而垂直褶皺方向有橫向張性斷層。這些預測情

況后經工程揭露已基本證實，只是向斜f位置北移。

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