濟(jì)三煤礦無(wú)煤區(qū)域的認(rèn)識(shí)①

摘 要：巷道掘進(jìn)揭露煤層急劇沖刷、斷裂構(gòu)造、煤層地下露頭時(shí)，煤層突然缺失，造成施工錯(cuò)誤。造成煤層缺失的地質(zhì)因素很多，而不同的地質(zhì)因素所造成的無(wú)煤區(qū)域特征及發(fā)育規(guī)律又各有不同。只要正確判定不同地質(zhì)因素所造成的無(wú)煤區(qū)的類型，并根據(jù)相應(yīng)規(guī)律，利用相應(yīng)資料，才能預(yù)測(cè)、圈定掘進(jìn)巷道揭露無(wú)煤區(qū)的總體形態(tài)。

關(guān)鍵詞：無(wú)煤區(qū) 特征 物探

中圖分類號(hào)：TM628 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）07（a）-0107-03

濟(jì)寧三號(hào)煤礦在生產(chǎn)實(shí)踐中常揭露無(wú)煤區(qū)，而這些無(wú)煤區(qū)的特征、形態(tài)差異性很大，如果對(duì)無(wú)煤區(qū)判斷失誤，小則造成報(bào)廢巷道，損失煤量；大則導(dǎo)致礦井開(kāi)拓部署不合理。按照煤厚變化的理論，對(duì)這些無(wú)煤進(jìn)行分析，按地質(zhì)成因?qū)o(wú)煤區(qū)分為沖刷、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響、沉積盆地邊緣沉降三種，以期根據(jù)其不同特點(diǎn)，開(kāi)展礦井地質(zhì)工作，事先預(yù)測(cè)和查明可能出現(xiàn)的無(wú)煤區(qū)。

1 煤層沖刷無(wú)煤區(qū)

水流對(duì)煤化作用前的泥炭層或之后的煤層進(jìn)行沖蝕造成煤層缺失，該種類型的無(wú)煤區(qū)主要受控于古河流。

在濟(jì)寧煤田，石炭—二疊系發(fā)育的古河道是三角洲平原上分流河道系統(tǒng)，因此，河道的分支、小型水道及決口水道比較發(fā)育。河道總趨勢(shì)是由北而南分布，河道的流向是從北往南。從河道發(fā)育的特點(diǎn)看，北部主河道發(fā)育，南部支流和小型水道發(fā)育。通過(guò)煤田及區(qū)域資料可以清楚地認(rèn)識(shí)主河道的發(fā)育位置和特點(diǎn)。因?yàn)楣藕拥罌_刷除了主河道外，還發(fā)育若干個(gè)分支河道或溝渠、沖決扇、沖溢溝等小型的水道，這些小型的水道對(duì)已經(jīng)堆積的泥炭也有沖刷作用。

在鉆井資料和測(cè)井曲線上也可以比較容易地識(shí)別河道沉積（圖1）。因?yàn)殂@孔之間的范圍還比較大，鉆探對(duì)無(wú)煤區(qū)的確定只是一種相對(duì)范圍的“圈定”，在較小的區(qū)域圈定古河道在平面上的分布還是是比較困難的，無(wú)煤區(qū)界線只能做定性地推測(cè)。在圈定較小的區(qū)域就要結(jié)合物探資料。物探的測(cè)網(wǎng)比較密集，控制程度大大提高。煤層缺失后，由于物性的改變，在時(shí)間剖面上，不再形成煤層反射波，即使形成煤層反射波，也是煤層相當(dāng)層位的上、下巖性的微小物性差異形成的，一般比較弱。從煤層正常區(qū)到?jīng)_刷點(diǎn)，煤層反射波突然消失或轉(zhuǎn)換，頻率變高，弱相位增多（圖2）。由此，利用MtKNqiziyZQgmDgpaxIliA==反射波的這種信息關(guān)系，圈定了煤層沖刷缺失的范圍。由于地震勘探精度限制，無(wú)煤區(qū)邊界在物探剖面上的反映不一定很明顯。

十六采區(qū)三維物探中在十六采區(qū)與十四采區(qū)的交界處KF76斷層中部新發(fā)現(xiàn)一沖刷帶，在163下00工作面掘進(jìn)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)揭露該沖刷帶。經(jīng)過(guò)對(duì)比，采掘?qū)嶋H揭露與物探結(jié)果其沖刷帶延伸方向吻合。

（1）16300輔順。該巷道揭露沖刷無(wú)煤區(qū)前200 m范圍內(nèi)煤厚由6.2 m變薄至2.8 m，煤層直接頂泥巖沖刷缺失，老頂灰白色中砂巖與煤層沖刷接觸，砂巖下部中含棱角狀泥礫和煤線。揭露與沖刷面同向的正斷層后，在14 m距離內(nèi)，3下煤層厚度由2.6 m急劇沖刷缺失。

（2）16300運(yùn)輸巷。該巷道由沖刷無(wú)煤區(qū)向煤層掘進(jìn)，沖刷區(qū)內(nèi)為中砂巖，淺灰分，大型交錯(cuò)層理，成分以石英為主，長(zhǎng)石次之，分選中等。巷道揭露煤巖接觸面上發(fā)育磨光鏡面，表現(xiàn)為與沖刷面同向的正斷層。

（3）16300-1輔順。該巷道由沖刷無(wú)煤區(qū)向煤層掘進(jìn)。沖刷區(qū)內(nèi)，該巷道為中砂巖，淺灰分，成分以石英為主，分選中等發(fā)育長(zhǎng)石砂巖條帶，距沖刷邊界20 m砂巖發(fā)育棱角狀泥礫和煤線，煤線穩(wěn)定后10 m揭露與沖刷面同向的正斷層，煤層由0.5 m增至 3.0 m。

沖刷無(wú)煤區(qū)特征為：形態(tài)受控于古河流，局部沖刷無(wú)煤區(qū)在總體上主要呈孤立的彎月形布于河道彎曲部位的凹岸一側(cè)，沖刷深度在彎曲帶中心較深，向兩側(cè)逐漸變淺；沖刷帶邊緣，由于煤巖巖性差異大，在受到構(gòu)造力作用下，應(yīng)力集中，產(chǎn)生與沖刷面同向的正斷層；沖刷充填的巖性主要是砂巖，砂巖的層理、泥礫等沉積構(gòu)造是良好的古水動(dòng)力條件成因分析的標(biāo)志，可以反映古河床沖刷的水流方向和本身的沉積環(huán)境；局部沖刷無(wú)煤沖刷區(qū)往往位于底質(zhì)沉積物的高砂地帶或旁側(cè)；物探剖面圖表現(xiàn)明顯。

2 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成的局部煤層缺失

濟(jì)三礦采掘?qū)嵺`中，3上煤層經(jīng)常揭露由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成寬數(shù)米至幾十米的煤層缺失。18304輔順揭露無(wú)煤區(qū)時(shí)，煤厚變化異常，厚煤層與薄煤層相間布置，厚煤層兩側(cè)伴生薄煤帶及無(wú)煤區(qū)。該巷道對(duì)應(yīng)的地震剖面圖上3上煤層無(wú)煤區(qū)反射波同相軸連續(xù)，振幅較正常煤層明顯減弱，在反映煤層厚度的拉平圖上顏色對(duì)比明顯。地質(zhì)人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，在拉平圖上圈定十八3上煤無(wú)煤區(qū)，并在183上05工作面的掘進(jìn)、183上04工作面回采中得到驗(yàn)證。無(wú)煤區(qū)平面上寬度19～69 m、軸向1788 m，走向與該區(qū)域斷層走向及煤層走向小角度斜交局部平行。

無(wú)煤區(qū)域邊緣滑動(dòng)面發(fā)育，煤層與頂?shù)装鍢?gòu)造不協(xié)調(diào)，煤巖接觸面局部呈鋸齒狀，既有巖石插入煤層中，又有煤層擠入巖石裂隙內(nèi)。這反映了在高圍巖壓力情況下，煤層具有較強(qiáng)的塑性形變能力，從構(gòu)造應(yīng)力大的部位向構(gòu)造應(yīng)力相對(duì)較弱的位置流變。

濟(jì)三礦3上煤層厚度0～5.80 m，平均1.21 m。大部為中厚煤層，煤層厚度不穩(wěn)定，煤厚變異系數(shù)（γ）57.9%。3上煤層煤層直接頂、直接底為泥巖、粉砂巖等易塑性變形的巖層，且偽頂、偽底發(fā)育，老頂為細(xì)砂巖，老底為中砂巖。在巖性組合中，泥巖、煤層的粘結(jié)力弱且內(nèi)摩擦角小，彈性模量比砂巖小的多（鉆孔資料：老頂板細(xì)砂巖彈性模量3.91×105，老底中砂巖彈性模量6.45×105，直接頂、底泥巖彈性模量1.48×105），可視為軟弱夾層。在地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)中，由于軟弱層與其圍巖在應(yīng)變上的差異，軟弱巖層往往產(chǎn)生滑動(dòng)變形甚至塑性流動(dòng)以適應(yīng)圍巖的形變，軟弱巖層則易成為層間滑動(dòng)的主滑面或滑移帶，造成煤層的局部缺失。

構(gòu)造無(wú)煤區(qū)特征為：主要發(fā)育在特定巖性組合的中厚煤層；伴生的次級(jí)褶皺，增厚、變薄等現(xiàn)象相當(dāng)普遍；分布形態(tài)受控于構(gòu)造應(yīng)力，可以利用構(gòu)造分析方法對(duì)該無(wú)煤區(qū)域進(jìn)行圈定；在物探平面圖上表現(xiàn)明顯，實(shí)踐證明在煤層拉平圖上圈定構(gòu)造無(wú)煤區(qū)是可行的。

3 沉積盆地邊緣造成煤層尖滅

在區(qū)域上，濟(jì)寧三號(hào)煤礦3煤沉積期位于大型陸表海盆地的東南緣，礦井東南邊緣為沉積邊緣。由于地質(zhì)運(yùn)動(dòng)作用煤層在礦井東南部發(fā)育地下露頭不整合于上覆山西組上段和下石盒子組陸相盆地沉積地層（該地層不含煤）。

根據(jù)勘探資料53下11膠順南端將揭露沉積盆地邊緣，該巷道臨近無(wú)煤區(qū)邊緣時(shí)有一些特征：（1）煤層傾角加大，由一般的4°～6°加大至14°；（2）煤層開(kāi)始分層；（3）煤層頂板由完整性較好的灰白色中砂巖相變成雜色泥巖并出現(xiàn)頂板淋水；（4）煤層光澤變暗淡，在相距80 m分別采三個(gè)煤層煤樣化驗(yàn)的灰分A點(diǎn)為7.68%，B點(diǎn)上分層灰分為14.24%，C點(diǎn)上分層為22.36%。

還原沉積環(huán)境，認(rèn)為由于處于盆地邊緣，受古地理環(huán)境控制，沉積泥炭層向向高處逐漸變薄，以至尖滅、基底沉降的差異時(shí)，在沉降速度超過(guò)泥炭堆積速度的地段，則導(dǎo)致泥炭層分岔、尖滅。沉積的植物質(zhì)在缺水的條件下，被氧化為腐殖質(zhì)土壤，以后轉(zhuǎn)變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖。在地震資料中，由于反射波族之間的角度，這種由侵蝕作用和非沉積作用產(chǎn)生的不整合面反射波通常很容易辨識(shí)。地下露頭相對(duì)于它上覆地層，反射波的性質(zhì)可能會(huì)橫向變化，故反射波特征通常沿測(cè)線變化，有時(shí)甚至完全反轉(zhuǎn)極性。

該類型無(wú)煤區(qū)特征為：發(fā)育在古盆地邊緣；煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可能發(fā)育多次夾矸甚至發(fā)叉；煤質(zhì)變化明顯，煤層及頂板有氧化、風(fēng)化跡象；物探上表現(xiàn)為地下露頭。

4 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

（1）了解掌握區(qū)域地質(zhì)。礦井地質(zhì)是區(qū)域地質(zhì)不可分割的部分，兩者是局部與整體的關(guān)系。古沉積環(huán)境控制煤層的沉積和沖刷，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。要揭示無(wú)煤區(qū)地質(zhì)現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律性，就不能孤立地研究局部而忽略整體，必須把礦井地質(zhì)與區(qū)域地質(zhì)緊密地結(jié)合起來(lái)。以便在考慮礦井地質(zhì)問(wèn)題時(shí)予以注意。

（2）通過(guò)勘探、采掘生產(chǎn)揭露對(duì)無(wú)煤區(qū)確定是一個(gè)逐步精確的過(guò)程。比較而言，鉆探對(duì)無(wú)煤區(qū)的確定只是一種相對(duì)范圍的“圈定”，因?yàn)殂@孔之間的范圍還比較大，無(wú)煤區(qū)界線要靠推測(cè)確定。物探的測(cè)網(wǎng)比較密集，控制程度大大提高，但無(wú)煤區(qū)邊界在物探剖面上的反映不一定很明顯。應(yīng)充分利用生產(chǎn)揭露的地質(zhì)資料，、對(duì)三維物探資料反演，充分挖掘三維數(shù)據(jù)體信息，不斷對(duì)物探資料進(jìn)行再認(rèn)識(shí)再修改。

（3）現(xiàn)場(chǎng)揭露無(wú)煤區(qū)，雖然形態(tài)各異，但其發(fā)生不是孤立的，現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)識(shí)要按照由點(diǎn)到面，由己知到未知，由個(gè)別到一般的認(rèn)識(shí)規(guī)律，不斷地積累資料、總結(jié)規(guī)律。

參考文獻(xiàn)

[1]朱筱敏.沉積巖石學(xué)[M].石油工業(yè)出版社，2008.

[2]李增學(xué)，魏久傳，王明鎮(zhèn)，等.華北陸表海盆地南部層序地層分析[M].地質(zhì)出版社，1998（12）.

[3] 李增學(xué)，魏久傳，余繼峰，等.海侵事件與海侵成煤機(jī)制研究[M].地質(zhì)出版社，2010（4）.