煤中夾石層的成因類型探討及對實際工作的指導作用

周 洪

神華神東煤炭集團公司地測公司，內蒙古伊旗 017205

1 概述

煤層中經(jīng)常出現(xiàn)一層或數(shù)層夾石層，這些夾石層有的厚度不大，一般在0.03～0.1m之間，沉積較穩(wěn)定，分布范圍較廣，但對生產(chǎn)影響不大，可作為局部區(qū)域煤巖對比的標志層。有的厚度變化較大，由0.1m～1.5m甚至更厚。使煤層變薄分叉，對工作面布置和生產(chǎn)影響較大。如何根據(jù)已揭露的夾石層特征來預測掘進前方夾石層和煤層的變化情況從而指導生產(chǎn)，是擺在礦井地質工作者面前的一項重要任務。

2 煤中夾石層

又叫夾矸石。是與煤層同時形成的，賦存在煤層中的一層或數(shù)層外形呈層狀，局部呈結核狀和透鏡狀的厚度小于煤分層的、由炭質泥巖、砂質泥巖、細、粉砂巖和鐵質結核組成的巖石。它是原始泥炭沉積受各種地質和地理因素影響，出現(xiàn)不同沉積間斷的一個標志。也是煤炭生產(chǎn)過程中影響煤質、安全、工程進度和材料消耗的一個不可忽視的地質體。

3 煤中夾石層的分類

神東礦區(qū)煤層中的夾石層大致可分為兩大類；一類為薄層狀的泥巖夾石層，厚度在0.03m～0.07m之間，在一定范圍內分布，其表面一般呈褐黃色，局部為結核狀形態(tài)，具一定水平紋層、質軟。已形成的結核體鏡下觀察其成分為粗晶顆粒狀凌鐵礦的結核體，質較硬。泥質物為高嶺石和粘土礦物。該層一般在煤層的中上部，較穩(wěn)定，可作為一定區(qū)域煤層對比的標志層；另一類為泥巖和細、粉砂巖組成的夾石層。一般分為上、下兩層：上層由細、粉砂巖組成且底部有薄層狀的炭質泥巖過度層，細、粉砂巖內不具任何紋層構造，泥質膠結，結構無明顯分異現(xiàn)象，厚度不穩(wěn)定，一般向煤層分叉、變薄處增厚。下層為薄及中厚層（0.05m～0.1m）狀的泥巖，致密塊狀結構，質地較均一，平坦斷口；單獨存在時呈褐黃色，與炭質泥巖和細、粉砂巖共存時呈灰黑色。具靜水環(huán)境下湖泊相沉積的特點。局部區(qū)域有時受沖刷被砂巖替代。

4 煤中夾石層可能的古地理形成環(huán)境

從目前礦區(qū)勘探和開采已掌握的資料中未發(fā)現(xiàn)海相沉積巖層（石灰?guī)r和泥灰?guī)r等）。

另外從已收集到的孢粉和微古生物分析表明，沒有海相成分存在。由此可以看出神東礦區(qū)的含煤地層屬陸相沉積。根據(jù)含煤地層的巖相組分等推斷，最具河流沖擊平原型的特點。這種沉積環(huán)境又分為河道邊緣型和河道淤積型兩種。河道邊緣型是在河谷下游和三角洲平原上游的河道邊緣地段，當暴洪泛濫時易形成一系列的河道邊緣堤后沼澤和泛濫盆地沼澤。這些沼澤有時擴展的很大，成為成煤的主要場所。沼澤中有的排水性能好，有的排水性能差。排水性能差的沼澤持續(xù)被水覆蓋，有機物連續(xù)快速堆積，沉積界面持續(xù)覆水，成為厚層泥炭聚集的適宜地點，易形成較厚煤層。而和河道相鄰的排水性能良好的沼澤，有機物暴露在大氣中被氧化，粘土蝕變成高嶺石，黃鐵礦也變?yōu)榱忤F礦及其它含鐵氧化物。由于作用時間短，規(guī)模小，在巖性組分和厚度上就形成了第一類薄層泥巖夾矸。此外，泥炭沼澤還經(jīng)常受到越岸洪積物和決口扇沉積物的影響，使泥炭中形成其它夾層或終止泥炭堆積。煤中常見的厚0.3m的或更厚的細粉砂巖和炭質泥巖即為該種狀況下的產(chǎn)物，也即第二類夾矸層的形成條件。待決口扇停止發(fā)育，泥炭沼澤又迅速擴展，煤層朝決口扇方向變薄、分叉和尖滅。

河道淤積型沼澤也是一種常見的成煤亞環(huán)境。當沖擊平原河谷下游和三角洲平原上游沼澤地段的環(huán)狀曲流或支流河道廢棄時，易發(fā)展成湖泊而又逐漸被相鄰天然堤或洪泛帶來的碎屑物質充填，使水逐漸變淺成為泥炭沼澤。有時在穩(wěn)定的平原上易形成厚煤層。這種沉積類型的特點是煤系地層在沉積時其河流類型有變化，在沉積下部砂巖帶時為瓣狀或低彎度性狀；在沉積上部頁巖帶時變成了高彎度曲流河；煤層大部分出現(xiàn)在上部頁巖帶中，這種變化可能是形成砂巖帶的河流，由于基底高程變化伴隨著沉積物粒度變細和數(shù)量減少，出現(xiàn)粘土頸，阻止河流側遷，初步形成穩(wěn)定的河流彎曲帶，接著逐步形成廣闊的洪泛盆地和泥炭沼澤，沼澤內植物繁茂、生物殘體迅速垂向淤積且水位一直處于不太深也不太淺的位置，十分有利于厚煤層的形成。與此同時，泥炭沼澤內的水流有時不免要受到局部范圍的洪泛和決口扇的影響，使煤層中出現(xiàn)朝洪泛和決口扇方向由厚變薄的細、粉砂巖和炭質泥巖夾層，該層即為第二類夾矸的形成。先前提到的數(shù)量較少的粘土巖頸，易形成薄層狀的粘土巖夾矸層和以后在成巖過程中礦物質重新組合在局部形成了鐵質結核體，也即第一類夾矸石的形成條件。這也就是煤層中有的薄層夾矸僅在一定范圍存在的原因。

兩種夾矸層雖在成因上有所不同，但它們的出現(xiàn)都表明了原始沉積環(huán)境在一定區(qū)域內動蕩的洪泛和水流攜帶的碎屑物質對泥炭沼澤的侵蝕、沖刷和替代，預示著煤層在某一方向和區(qū)域內將發(fā)生一定的變化。研究其生成條件和變化規(guī)律對指導實際工作中的煤巖對比和提前預測煤層變化具有一定的意義。

筆者在此例舉神東煤炭集團公司補連塔礦在掘進1-2煤4盤區(qū)巷道時對煤層中出現(xiàn)的夾矸層，利用沉積環(huán)境理論和夾矸層的沉積特點，參照鄰近鉆孔資料成功預測掘進前方煤層及夾矸層的變化情況以及由于對煤層分叉及煤分層的正確判定，修正了原地質報告中將1-2下煤錯劃為2-2上煤的情況，在此供讀者和同行們借鑒。

4.1 （示例一）

2007年6 月補連塔礦在掘進12401回、運順時由于煤層逐漸變薄，在掘到運順69聯(lián)巷時因煤層起伏變化大在破底時發(fā)現(xiàn)下部又出現(xiàn)一層煤層，厚度在1.5m左右，與上部1-2煤間距僅0.4m～0.5m，夾石層巖性主要以細、粉砂巖為主，底部為薄層狀的灰色泥巖。與之同向掘進的12401回順和輔巷在掘到62聯(lián)巷時打接地地錨時也發(fā)現(xiàn)了1-2煤底板下也有同樣厚度的煤層，間距為0.4m左右，夾石巖性與運順相似。仔細研究兩層煤之間的夾石層巖性發(fā)現(xiàn)，上部的細、粉砂巖大體呈均質塊狀、不具任何紋層構造的層理。內部組分均.一，組分和結構均無分異現(xiàn)象，由此推斷是沉積物質快速堆積來不及分異的情況下形成的陸相沉積，是典型的山前洪水陸相沉積現(xiàn)象。其夾石類型屬第二類型的煤層分叉夾矸類型。根據(jù)巷道掘進前方夾石層有變薄的跡象，初步確定洪水沉積的決口扇方向為由東南向西北擴散，巷道是由煤層分叉區(qū)進入合并區(qū)，兩煤層之間的夾石層在一定位置會消失。而根據(jù)其沉積環(huán)境分析和附近鉆孔資料，巷道在進入合并區(qū)時煤層會逐漸變薄，巷道支護也將變?yōu)槿珟r錨桿支護，相對前段已掘巷道支護效率將變低和安全系數(shù)變小。為安全掘進，礦上依據(jù)上述分析資料果斷決定留護頂煤沿下分層掘進。這樣既提高了掘進速度、增大了安全系數(shù)，又可在回采時額外增加部分資源回收率，一舉兩得。最終的結果是1-2與1-2下兩層煤間的夾石層分別在掘到回順72-73聯(lián)巷和運順92-93聯(lián)巷間消失。預先對夾石層成因類型的分析結果在實際應用中得到了很好的驗證。由于上述新掘區(qū)域煤層分叉的出現(xiàn)，結合原井田煤層劃分的情況，將原井田地質報告中將1-2下煤錯劃為2-2上煤層予于更正。

4.2 （示例二）

2008年6 月，補連塔礦在掘進12412運順和12413回順時，在掘到53聯(lián)巷時煤層中部出現(xiàn)了一層褐黃色的泥巖夾石層，外形呈致密塊狀，具平坦斷口。其厚度隨掘進長度的增加有逐漸增厚的趨勢。在掘到63聯(lián)巷時其厚度由開始的0.03m變?yōu)?0.18m左右，并且在其上部又出現(xiàn)了一層灰白色的細砂巖，其厚度隨掘進長度的增加明顯增厚，但其下部的泥巖厚度變化甚微。仔細觀察巖相，其下部泥巖呈致密塊狀，組分較單一，類似靜水環(huán)境下的湖泊相沉積。上部的細、粉砂巖其內部組分較均一，外形呈無明顯分異現(xiàn)象的塊狀結構，與前相似，是形成于快速堆積、沉積物來不及分異情況下的洪水沉積物。由厚度逐漸增厚判斷，是決口扇越岸洪積物的前端，也即是煤層分叉的開始。鑒于12401回、運順掘進時的情況，參照掘進區(qū)附近鉆孔煤巖對比資料，基本弄清了該區(qū)域煤層的賦存情況。即：掘進前方巷道是由煤層合并區(qū)進入分叉區(qū)（由1-2煤進入1-2與1-2上煤分叉區(qū)域）。這一點與12401回、運順掘進時的情況正好相反。為及時準確的指導掘進，我們繪制了相關區(qū)域煤層分叉夾石層等厚線和1-2與1-2上煤層等厚線圖，礦上根據(jù)掘進前方煤層賦存的預測情況及時修改了設計，將原巖石掘進量較大的一段12413回順和12418回順改為提前與運順平行掘進一段距離進入較適宜的回采煤層后再掘回撤通道和進入12418回順掘進，減少了半煤巖巷掘進近600m，大大提高了工效，降低了成本，達到了一定的經(jīng)濟效益。

5 結論

深入分析研究和探討利用煤中夾石層的不同成因類型，對煤層對比、預測煤層分叉和尖滅，重新劃分煤層和合理布置工作面，正確指導生產(chǎn)掘進、避免不必要的深孔勘探、提高礦井地質人員的業(yè)務素質、開展學術交流和業(yè)務探討、更好的服務于生產(chǎn)，有著及其重要的意義。

[1]沈襄鵬 沉煤環(huán)境對煤層煤質及開采技術條件的控制作用[J].煤田地質與勘探，1986(3)：8-12.