淮南新集一礦13-1煤層穩(wěn)定性影響因素分析

陳 萍 殷廣標(biāo)

（安徽理工大學(xué) 地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南232001）

0 前言

煤層厚度及其穩(wěn)定性是決定煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵性因素之一，也是人們關(guān)注的研究課題。煤層厚度變化受原生煤層沉積環(huán)境因素和后生地質(zhì)構(gòu)造因素的雙重控制。 前者往往控制煤層厚度區(qū)域性變化，而在一個(gè)井田范圍內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造因素更直接影響煤層厚度的變化。 構(gòu)造作用是控制井田范圍內(nèi)煤層厚度變化的主要地質(zhì)因素[1]；煤層厚度的區(qū)域變化主要受沉積環(huán)境控制，構(gòu)造主要引起煤層厚度的局部變化[2]。近來人們更多側(cè)重于研究各種褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造對(duì)煤層厚度的影響[3]；但是，至今尚未見研究大型推覆構(gòu)造對(duì)煤層厚度影響的報(bào)道。 淮南煤田新集煤礦是勘查與開采大型推覆體掩蓋下煤層取得成功的典范。本文將以新集井田13-1 煤層為對(duì)象， 探討大型推覆構(gòu)造對(duì)煤層厚度及其穩(wěn)定性影響。

1 淮南煤田13-1 號(hào)煤層特征

淮南煤田二疊系上石盒子組第四含煤段13-1 號(hào)煤層是煤田內(nèi)所有煤礦開采的主要煤層。 據(jù)淮南礦業(yè)集團(tuán)所屬煤礦的地質(zhì)資料，該煤層最小厚度1m 左右，最大厚度8～9m（少數(shù)井田達(dá)12m），平均厚度4～5m（少數(shù)井田達(dá)6m）；在各生產(chǎn)煤礦13-1 煤層的可采性指數(shù)都為1，變異系數(shù)小于25%（少數(shù)井田稍大），多數(shù)井田13-1 煤層屬于“穩(wěn)定煤層”。

淮南煤田二疊系上石盒子組第四含煤段的沉積環(huán)境屬于網(wǎng)狀分流河道發(fā)育的三角洲平原，平原地形低平，其上形成了分布廣闊的泥炭沼澤。 當(dāng)時(shí)本區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)正處于比較穩(wěn)定時(shí)期，頻率小的振蕩運(yùn)動(dòng)使沼澤水面上升能較長時(shí)期和植物堆積基本保持一致。由于沉積古地理和地殼運(yùn)動(dòng)二者相互配合， 從而形成了厚度較大而且分布穩(wěn)定的13-1 煤 層[4-6]。

據(jù)上所述，在淮南煤田的各井田內(nèi)部，13-1 煤層厚度和穩(wěn)定性的變化主要取決于井田的地質(zhì)構(gòu)造。

2 新集井田13-1 煤層的厚度特征

據(jù)對(duì)新集井田98 個(gè)鉆孔資料的統(tǒng)計(jì)，91 個(gè)鉆孔見原地系統(tǒng)內(nèi)13-1 煤層，7 個(gè)鉆孔的13-1 煤層因斷層通過而缺失。此外，有21 個(gè)鉆孔穿過推覆體里的煤系夾片，見有13-1 煤層。 夾片里的13-1 煤層的穩(wěn)定性差，至今煤礦未予開采。

為了探討新集井田推覆構(gòu)造對(duì)13-1 煤層厚度及其穩(wěn)定性的影響，作為對(duì)照，統(tǒng)計(jì)了相鄰未受推覆構(gòu)造影響的張集井田13-1 煤層的厚度資料。 煤層的厚度情況列于表1 和表2。 按照《礦井地質(zhì)規(guī)程》第七條[7]，13-1 煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表1 新集井田13-1 煤層真厚度

表2 新集和張集井田13-1 煤層各厚度區(qū)間內(nèi)煤厚點(diǎn)出現(xiàn)頻率表

表3 新集井田和張集井田13-1 煤層穩(wěn)定性評(píng)定

新集井田13-1 煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 35%的點(diǎn)沒有夾矸，36%的點(diǎn)只含一層夾矸，22%的點(diǎn)含兩層夾矸， 個(gè)別見煤點(diǎn)含3 層夾矸。 張集井田13-1 煤層結(jié)構(gòu)也同樣簡(jiǎn)單。 夾矸厚度不影響煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

據(jù)表1、表2、表3，以及查閱相關(guān)資料，新集井田13-1 煤層厚度具有以下特征∶

（1）在推覆體內(nèi)或者在原地系統(tǒng)內(nèi)13-1 煤層的厚度雖均有較大變化，但其可采性指數(shù)仍然為1， 這與張集井田和淮南煤田其他井田的情況相同。

（2）推覆體內(nèi)13-1 煤層的厚度偏小，平均厚度只有3.68m，小于原地系統(tǒng)和張集井田該煤層的平均厚度5.87m。 淮南煤田多數(shù)井田13-1 煤層的平均厚度都在4～5m 之間，少數(shù)達(dá)6m。

（3）在推覆體內(nèi)或者在原地系統(tǒng)內(nèi)，13-1 煤層的變異系數(shù)都≥30%，顯著大于張集井田該煤層的變異系數(shù)（24%）。 淮南煤田多數(shù)井田13-1 煤層的變異系數(shù)小于25%。

（4）在新集井田的推覆體和原地系統(tǒng)內(nèi)13-1 煤層厚度的離散程度大于張集井田。 推覆體內(nèi)見煤點(diǎn)的厚度分散于1～7m 之間，其中不足三分之一見煤點(diǎn)的煤層厚度集中于3～4m 之間。原地系統(tǒng)內(nèi)只有26%的見煤點(diǎn)煤層厚度集中于5～6m 之間，74%見煤點(diǎn)的煤層厚度分散于各厚度段（自1m 到9m）。 而在張集井田13-1 煤層厚度變化的情況大不一樣，近89%見煤點(diǎn)的厚度處于3～6m 之間，其中46%見煤點(diǎn)的煤層厚度集中于4～5m 之間；只有11%見煤點(diǎn)的厚度分散于其他厚度段。

3 影響新集井田13-1 煤層厚度變化因素探討

為表明新集井田13-1 煤層厚度變化大以及穩(wěn)定性差的原因，提出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)∶

3.1 沉積環(huán)境未對(duì)13-1 煤層厚度產(chǎn)生影響

據(jù)91 個(gè)鉆孔資料，在13-1 煤層底板未見砂體，煤層之下不到8m處普遍發(fā)育有平均厚度近1m 的13-1 下煤層， 其間為泥巖和炭質(zhì)泥巖；13-1 下煤層的底板也為泥巖和砂質(zhì)泥巖。 這表明在新集井田范圍內(nèi)13-1 煤層的沉積基底是穩(wěn)定的，沒有砂體影響煤層沉積。

13-1 煤層頂板巖性以泥巖為主。 在原地系統(tǒng)內(nèi)的15 個(gè)鉆孔內(nèi)13-1 煤層直接頂板見有砂巖， 但是頂板砂巖覆蓋下的煤層厚度仍然比較厚。 其中11 個(gè)鉆孔的煤層厚度超過5m，另4 個(gè)鉆孔的煤層厚度也達(dá)3.85～4.58m。由此可見，新集井田13-1 煤層沒有被頂板砂巖明顯沖刷而變薄的跡象。

3.2 與大型推覆構(gòu)造有成生聯(lián)系的的層滑構(gòu)造是影響煤層厚度變化大，穩(wěn)定性差的主要地質(zhì)因素[8-10]

在新集井田大型推覆體內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，巖石多受擠壓變形，破碎滑面發(fā)育，并伴有一系列小型褶皺及逆沖斷層。 因此推覆體內(nèi)部煤層厚度變化較大，13-1 煤層的變異系數(shù)高達(dá)34%。 新集井田阜鳳逆沖斷層面是井田滑動(dòng)構(gòu)造體系中的主滑動(dòng)面。 在其影響下，原地系統(tǒng)內(nèi)13煤中發(fā)育有三個(gè)次級(jí)滑面。 顯然，這兩級(jí)滑動(dòng)構(gòu)造對(duì)煤層厚度必定產(chǎn)生重大影響，以致原地系統(tǒng)內(nèi)13-1 煤層變異系數(shù)達(dá)到30%，超過未受到大型推覆構(gòu)造影響的張集井田的24%。 層滑褶皺直接造成13-1 煤層在走向和傾向上都常出現(xiàn)波狀起伏, 煤層厚薄懸殊，呈節(jié)狀分布。層滑斷層又直接造成煤層斷裂,98 個(gè)勘探鉆孔中就有7 個(gè)鉆孔內(nèi)的13-1 煤層全部斷缺。

3.3 層滑構(gòu)造對(duì)煤層的另一影響是破壞了煤層原有的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，增加煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性

新集煤礦井下13-1 煤層中構(gòu)造煤普遍發(fā)育，被定為“突出煤層”。據(jù)對(duì)65 個(gè)鉆孔測(cè)井曲線的解釋資料， 只有零星分布的4 個(gè)鉆孔內(nèi)13-1 煤層的原有結(jié)構(gòu)構(gòu)造未遭受破壞； 其余61 個(gè)鉆孔的13-1 煤層內(nèi)部都不同程度賦存有構(gòu)造煤。與之對(duì)照，張集井田13-1 煤層結(jié)構(gòu)構(gòu)造遭受破壞的程度較差。其中煤層全部都被破壞成為粉狀構(gòu)造煤的鉆孔數(shù)只占鉆孔總數(shù)的22%，大部分鉆孔里的煤層內(nèi)只出現(xiàn)1 層到2 層厚度不一的構(gòu)造煤分層，并位于煤層頂部或底部與頂?shù)装鍘r石接觸部位。這顯然是煤層順頂與底滑動(dòng)面，即上述次級(jí)滑動(dòng)面滑動(dòng)的產(chǎn)物?？墒窃?7%鉆孔內(nèi)的煤層中部還出現(xiàn)構(gòu)造煤分層，表明在煤層內(nèi)部還存在更次級(jí)的滑動(dòng)面。這種滑動(dòng)面很可能是煤層內(nèi)部的泥巖夾矸或者含泥質(zhì)較多的暗煤條帶的層面，順著滑動(dòng)面滑動(dòng)的煤分層被破壞成為粉狀構(gòu)造煤。

4 結(jié)論

為探討大型推覆構(gòu)造對(duì)煤層厚度變化的影響， 本文對(duì)新集井田98 個(gè)鉆孔資料作了統(tǒng)計(jì)與研究以及對(duì)新集井田地質(zhì)構(gòu)造的研究，得到以下認(rèn)識(shí)∶

與淮南煤田各井田，特別是與鄰近的未受大型推覆構(gòu)造影響的張集井田比較，新集井田13-1 煤層煤層可采性指數(shù)雖然為1，但是變異系數(shù)高達(dá)34%（推覆體內(nèi)）和30%（原地系統(tǒng)內(nèi)），高于張集和煤田內(nèi)多數(shù)井田，煤層穩(wěn)定性降為較穩(wěn)定型。

（2）13-1 煤層的沉積環(huán)境以及煤層頂板砂巖對(duì)煤層厚度變化沒有顯示影響。

（3）與大型推覆構(gòu)造有成生聯(lián)系的的層滑構(gòu)造是影響煤層厚度變化大，穩(wěn)定性差的主要地質(zhì)因素。

（4）層滑構(gòu)造對(duì)煤層的另一影響是破壞了煤層原有的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，使煤破碎成為具有瓦斯突出危險(xiǎn)性的構(gòu)造煤分層。煤層頂和底面的次級(jí)層滑面造成在煤層頂部和底部普遍發(fā)育有厚度不一的構(gòu)造煤分層。

［1］劉程，李向東，楊守國.地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層厚度的影響研究[J].煤礦安全，2008（5）∶14～16.

［2］李建松，劉沖，韓建光.煤層厚度變化的地質(zhì)成因分折[J].煤礦現(xiàn)代化.2009,（2）∶27～28.

［3］呂大鵬.地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層厚度的若干影響[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2011（9）∶117～118.

［4］蘭昌益，楊本才，彭蘇萍.淮南煤田二疊紀(jì)含煤巖系主要煤層的沉積環(huán)境[J].煤炭學(xué)報(bào)，1988（1）∶11～20.

［5］蘭昌益.淮南煤田二疊系石盒子組13 號(hào)煤層的形成條件[J].淮南礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1988（2）∶1～16.

［6］劉衡秋等.淮南煤田第四含煤段砂體的演化特征及對(duì)煤層厚度的控制[J].煤田地質(zhì)與勘探，2005，33（1）∶7～10.

［7］煤炭工業(yè)部.礦井地質(zhì)規(guī)程[S].北京∶煤炭工業(yè)出版社，1984.

［8］王桂梁，朱炎銘.論煤層流變[J].中國礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1988,(3)∶16-25.

［9］嚴(yán)家平,姚多喜,李義良.層間滑動(dòng)構(gòu)造引起煤層厚度變化特征的研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),1997, 25 (8)∶41-43.

［10］吳基文.層滑構(gòu)造及其對(duì)煤層的影響[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),1998(6)∶645～647.