鹤壁矿区位于华北拗陷和太行山隆起之间的过渡地带，以一系列 NWW 向张扭性逆冲

断层和褶皱构造为主。鹤壁矿区

44 次突出中有 26 次突出发生在褶曲轴部(向斜和背斜)，且

基本都发生在附近没有大断层或连通地表断层发育的封闭性褶曲内。

 

　　

 袁家矿区浦溪井田位于袁家向斜北段偏南，褶曲轴为近 SN 向。浦溪井 70 多次突出中，

 35 次都集中在向、背斜轴部附近，不但突出次数多，而且突出强度大。 
　　

 在淮北矿区，向斜构造形态控制煤层瓦斯分布基本状况。从宿东向斜的两翼过渡到轴

部，

 8 号煤层瓦斯压力、瓦斯含量逐渐增大，煤与瓦斯突出也逐渐增多 

　　

 2 向斜构造分析 

　　

 向斜是地壳中岩石受力弯曲变形构造之一。岩石的弯曲变形可以用弯曲弹性梁的应力、

应变情况来说明。岩层在弯矩

M 的作用下弯曲，以中性层为界，下部受拉应力作用，上部

受压应力作用，并且拉

(或者压)应力离中性层越远越大，其最大值在远离中性层最远的上

下边缘处

(图 3)。在岩层本身弯曲(纯弯曲)所决定的应力状态中，最大和最小压应力(σ1 和

σ3)垂直或者平行于岩层表面(与位于中性层上、下有关)，并垂直于向斜轴，而中间应力应该
平行于岩层面和向斜轴。

 

　　

 

　　

 图 3 向斜构造的力学示意 

　　

 煤层与顶、底板等岩层组成多层岩系。多层岩系褶曲的应力和应变系统依赖于这个岩系

的组成

(图 4)。各层的层间摩擦力不同，软层硬层的分布差异等可以使向斜的应力-应变状态

更加复杂。总体上向斜构造的两翼与轴部中性层以上为高压区，中性层以下表现为拉张应力，
形成相对低压区。煤层中的最大剪应力在向斜轴部最小，在翼部最大，并随煤层倾角增加而
增大；距离向斜轴部越近，主应力及其梯度越大。

 

　　

 一般煤体的硬度低于围岩，因此在煤体-岩体系统中往往出现剪褶皱与弯褶皱共生，

即煤体的原生层面遭劈理或流劈理破坏，进而发生塑性滑动，形成剪切褶曲，使其核部岩
层厚于两翼，而岩层因其硬度较大，只产生节理，厚度不变，成为等厚褶皱。煤层的滑动量
与其厚度成正比。根据克利别尔

(K lbe，l 1940)，在同心褶曲形成时，岩层滑动量可由下式

确定：

ν=γdπ/180，其中，ν 为滑动量；γ 为岩层倾角； d 为岩层厚度。 

　　

 

　　

 图 4 多层岩体弯曲滑动中各层相对独立的应变系统 

　　

 另外，在相同的轴向荷载作用下，软硬互层的弹性多层岩系比整体岩层更容易产生波

长较短的屈曲

(Bio，t 1964)，这也是在煤田构造中广泛发育中、小型褶曲构造的原因。 

　　

 3 向斜构造煤与瓦斯突出的相关问题 

　　

 3.1 煤层厚度变化特征 

　　

 生产实践表明，煤层厚度和煤与瓦斯突出之间具有相关性。主要体现在以下 2 点：①

随煤层变厚，煤与瓦斯突出的危险性增强。南桐矿区的统计表明，煤与瓦斯突出的频次和强
度都随煤层的变厚而增加

(图 5)。②煤层厚度变化带是煤与瓦斯突出的多发地带。前已述及，

向斜构造形成过程中的层间滑动造成煤层厚度发生变化，导致向斜轴部煤层增厚，两翼煤
层变薄，尤其是向斜轴部附近成为煤层厚度急剧变化的区域，因而也是煤与瓦斯突出的多
发地带。