断层相关构造研究法在预测断层构造中的应用

2004年9月 TONG MEI KEJI ・27・

断层相关构造研究法在预测断层构造中的应用

彭 华

摘 要 阐述了断层相关构造的涵义及其在断层预测中的意义，并利用相关构造对断层作了成功预测。 关键词 矿井地质；断层相关构造；断层预测

中图分类号 TD132 文献标识码 A 文章编号 1000-4866（2004）03-0027-02

在矿井地质构造预测方面，传统的地质方法是利用在这些节理中，L1节理对于巷道前方隐伏断裂的预预测区外相邻区域已揭露的构造形迹，对未知区域作出测和已揭露断层的性质和断距的判断最有现实意义。L1定性评价，而往往忽略了对与断裂构造在空间分布上和节理离开断层较远就可表现出来，并且在井下巷道容易成因上有密切关系的相关构造的研究；而实际上，伴随辨认。它斜切层理，有很大长度，走向、倾向、倾角都着断裂构造的发生，同序次的相关构造是大量存在的。很稳定，裂隙壁上常见擦痕，经常见到有几cm的断距，下面，从研究同断层活动密切关联的相关构造的特点入而且随着靠近断层密度有明显增加趋势，产状与主干断手，尝试定量预测矿井断层构造。 层一致或接近，位移方式和移位符号也与断层一致，知 道L1节理，即知主干断层的特征。 1 断层相关构造的理论基础 2 断层影响带内相关构造的发育特征

断层相关构造主要包括与断层在空间分布上和成因 上有密切关系的褶皱和节理。 在断层影响带内相关构造具有一定的发育特征。掌1.1 断层相关褶皱 握这种特征变化，就可以预测断层的赋存及其种种特征。

断层相关褶皱可分为两种类型。 在断层构造中，对于断层预测有意义的是断层小褶皱和①空间分布相关褶皱纹：与断层的形成处于同一种节理。前者，可以定性地预测巷道前方隐伏断层的存在。区域应力场条件下，是断层的伴生同序次构造。在断层它虽然不是所有断层存在的必然条件，但是它的存在，影响带中，它是距离断层最远，出现最早的构造。 却说明巷道前方极可能有断层。后者，为任何一条断层

②力学成因相关褶皱：主要产生断层侧旁，是由断所共有，它的始见点出现较早，本身又有独特之处，因层位移产生的局部应力场形成的，属于派生构造。 此对断层预测最为重要。 1.2 断层相关节理 2.1 断层相关褶皱的特征

断层相关节理分为两种类型。 在空间分布上与断层有伴生关系的断层相关褶皱是①与断层在空间分布上有密不可分切关系的节理。断层存在的重要前兆之一。它们的出现说明巷道前方有这一类节理分布于断层影响带内，在离断层较远的地方隐伏断层，而且距离不会很远，简称之为前兆褶皱。它就已出现；它们与断层位移活动没有直接关系，但断层与区域分布的、与断层无关的褶皱的主要区别在于曲率是在这类节理的基础上形成和发展起来的；密集的节理半径，曲率半径为100 m的属于前兆褶皱。它与层间滑带所形成的岩层软弱带为断层的形成和发展创造了良好动褶皱或揉皱的区别在于前兆褶皱是由煤层顶、底板和的条件，同时也在断层带内永久地留下了那些与断层产煤层共同组成的协调褶皱，而层间滑动褶皱或揉皱常常状一致或相近的节理。这就是所谓的L1节理的主要组顶底板不发生褶皱，褶皱产生的范围只限于煤层或坚硬成部分，它们与断层在空间分布上有密切的伴生关系，顶底板之间塑性较强的岩层。 成为预测断层的最好标志之一。 前兆褶皱在成因上和断层有密切关系的断层相关褶

②断层派生节理。在断层位移过程中，断层同一盘皱的区别在于距离断层的远近。如果断层存在前兆褶皱，岩层中，靠近断层的部分位移快，幅度大；远离断层的那么它常常处于断层影响带边缘，且最早出现，然后出部分位移慢，幅度小。在这种同一盘内岩层的差异位移现L1节理；而断层牵引褶皱则在靠近断层的区段出现，造成的局部构造应力场下可能形成两组共轭节理：其一，比L1节理出现得还晚。 产状与断层相近或一致，性质与主断层相同；其二，与2.2 节理的发育特征 断层近于垂直或倾向相反，性质也相反。 断层影响带内节理的发育程度不同于背景地区，突

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出表现有两点。

①节理系数量增加。一般作为背景的、煤层产状稳定的地区，煤中的节理系很少。但在断层影响带内，节理系数目开始增加，并且越靠近断层，节理系数目越多。大多数断层，不管断距如何，都具有这个特点。

②节理强度（频度）增加。节理强度一般以在垂直断层面方向上单位m范围内节理的数量来度量。 2.3 煤的物理力学性质特征

由于断层的影响，在断层附近到处都表现出煤和岩石强度的降低，顶板稳定性显著变差。其中，煤的强度的变化要比围岩的更明显、更灵敏。所以，为实现断层预测，在断层影响带内，应定点测试煤的力学性质的变化。研究表明：随着向断层面靠近，煤的强度呈下降趋势，在靠近断层面处值最低。

3 构造预测

3.1 建立经验公式

伴随着一般矿井地质工作的进行，要尽可能多地获得已知断距断层的各种影响带宽度（主要是L1节理带和煤的强度逐渐降低带开始点距离断层面的法向距离）与断层断距间相互关系的资料，进而总结出经验公式。注意要将巷道中实测的距离换算成垂直断层面的法向距离。其换算公式为：

B＝B′sinα×sinβ，

B＝B″sinα×sinβ×cosγ。 （1）

式中：B ——垂直断层面的法向距离；

B′——水平巷道中实测的距离； B″——倾斜巷道中实测的距离；

α ——巷道方位与断层面走向之间的夹角； β ——断层面倾角； γ ——巷道坡度角。

将每条断层的象征该断层断距与不同断层影响带宽度关系的点投落到由断距与不同影响带宽度组成的直角坐标系中，求得经验公式。 3.2 预测步骤

①确定工作面前方是否有断层。顺煤延伸的巷道中，如果出现半径小于100 m的由煤层顶板或底板弯曲组成的小褶皱，或者在一直存在垂直交切型或平行层理的背景条件下出现L1节理，这些都是断层前兆，说明工作面前方有断层，而且距离已不远了。

②确定L1节理始见点。在前兆褶皱出现以后，就要系统观测煤层节理，确定出不同于背景的斜切型的L1节理始见点，并在随后的观测中注意L1节理特点以便给予进一步确认。

③确定煤的强度逐渐降低带的始见点之后，要随时

对样品进行测试，确定强度逐渐降低带的边界点。

④求解。实测以上两个始见点之间的距离，并将其换算成垂直断层面的距离（用式（1）并以L1节理产状代替断层产状），将换算结果代入经验公式求解。

4 应用实例

根据大同煤矿集团公司煤峪口矿井田内各盘区实见断层的各种观察资料，分别提取L1节理带宽度和煤层力学强度逐渐降低点宽度数据，求得煤峪口井田的经验公式为：

B节＝15.5H，B强＝6.2H 。

式中：B节 ——L1节理带宽度；

B强——煤强度逐渐降低带宽度； H ——断层落差。

煤峪口矿11，12#合并层412盘区21214巷沿煤层底板掘进，延伸至378 m处底板产状发生较大上倾，曲率半径约为200 m；随后在509 m出又发现了斜切水平层理的L1节理，最初强度为1条／2 m，往前有增加的

趋势。测得L1节理平均产状为：走向78°，倾向 348°，倾角80°，与巷的夹角为76°，从节理面小错距和擦痕观察，均显示上盘下滑。在该巷取样送化验中心测试，测得煤力学强度降低点位于550.3 m，实测其与L1节理始见点间的距离为41.3 m。计算过程如下：

①将实测两始见点间距离换算成垂直断层面的法向距离（用L1节理产状代替断层产状）。巷道坡度3.68°。

B＝B″sinα×sinβ×cosγ＝41.3×sin76°×

sin80°×cos3.68°=38.9 m 。 ②代入经验公式：

B＝B节－B强＝15.5H－6.2H＝9.3H，

求得前方预测断层落差为4.18 m。

③将H代入经验公式:

B节=15.5×4.18=.8 m。

④换算成斜距：

B节″=B节／sinα×sinβ×cosγ=.8／sin76°×

sin80°×cos3.68°=68.8 m。

预测结论：巷道从L1节理始见点开始向前大约 68.8 m，可能发育1条落差约为4.18 m的正断层，产状为78°，∠80°。

实际揭露：实见断层的落差为4.0 m，距L1节理始见点65.9 m，与预测结论相比相对误差皆小于 5 %，结果令人满意，产状也基本相符。

在节理资料齐全、丰富且能提供煤力学强度数值变化的情况下，运用该方法可以较好地预测隐伏断层及其特征；但该方法不太适合于局部应力场十分复杂的地区。

（下转第50页）

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②正确按设计配合比施工 。按施工配合比施工首先要及时测定砂、石含水率，将设计配合比换算为施工配合比；其次，要用重量比，不要用体积比；最后，要及时检查原材料是否与设计用原材料相符。要求供料方提供两份同样材料，一份提供给实验室，一份给工地。工地收料人员应按样本收料，如来料与样本不符，应马上向上级汇报，及时更改配合比(材料不合格不收料除外)。

③加强原材料管理。混凝土材料的变异将影响混凝土强度，因此收料人员应严把质量关。材料采购的选择原则依次为质量、价格、供货期。凡经检查不符合要求的原材料、半成品、成品，不准用到工程上，不允许不合格品进场。

④进行混凝土强度的测定。每工作班（组）制作不少于2组试块；一般以28 d试块强度为准；为施工简便和保证质量，可先做7 d试块，以尽量对混凝土强度根据其龄期测定其发展，以明确确定其质量。

⑤在混凝土施工过程中，各道工序都由专人负责，7项措施要落实到位：一 是凡进入现场的钢模板，要求平整度达到标准；二是进行模板补洞，用0.2 mm厚的铁

皮剪成圆形贴在洞上，后面用木厥头填在后面，再用铁钉固定；三是平台板用新的九夹板，保持混凝土表面光洁度；四是施工结构模铁，严格按质量要求做，发现有平台模板不方正、不平整等，及时整改；五是对模板间的缝道，用胶带补缝，防止混凝土浆水外溢；六是扎钢筋要求拉麻线，划粉笔点填好“豆腐干”；七是开浇捣固前，对现场的模板质量、工程资料进行全面检查。

综上所述，抓好质量只有从质量责任制抓起，从施工人员的操作质量抓起，从每道工序抓起，从影响质量的因素抓起，从各个方面控制混凝土质量，最终，才能保证优质结构工程目标的实现。 作者简介

李志娟，女，1966年2月出生，1988年7月雁北煤炭工业学校（机电专业）毕业，现在大同煤矿集团公司煤峪口矿基建科工作，助理工程师。邮编：037041。电话：(0352)7061627。

收稿日期：2004-05-24 修回日期：2004-06-11

Some Viewpoints on Concrete’s Construction Quality

Li Zhijuan

Abstract：The concrete’s quality takes the decisiveness action to the project quality, and cement and concrete’s ratio of water to cement are two main keys to control the concrete’s quality. Moreover, quality of sand and stone also must meet the requirements, the design of concrete’s match ratio be reasonable, and the construction be in accordance with the design’s ratio. Secondly, the management of raw material need to be enhanced so as to guarantee the concrete’s quality.

Key words：construction；concrete quality；ratio of water to cement；match ratio；strength

（上接第28页）

参考文献

[1] 赵明鹏，刘俊杰．矿井地质工作方法及其新进展．北京：地质出版社，

1996． 作者简介

彭 华，男，1968年1月出生，1990年7月山西矿业学院（地质系矿

井地质专业）毕业，学士学位，现在大同煤矿集团公司煤峪口矿工作，工程师。邮编：037041。电话：（0352）7061656。

收稿日期：2004-06-08 修回日期：2004-06-21

Application of Fault Structure Study in Predicting Fault

Peng Hua

Abstract：the paper deals with the meaning of the relevant structure of fault and fault predicting. Key words：mine geology；relevant structure of fault；fault predicting