楊伙盤煤礦燒變巖及其對(duì)工作面布設(shè)的影響

王振華，閻旭亮，賀粉萍田亞飛

(1.陜西省榆林市楊伙盤煤礦，陜西 榆林 719000;2.陜西省煤田地質(zhì)局一八五隊(duì)，陜西 榆林 719000;3.陜西省煤田地質(zhì)局一三一隊(duì)，陜西 韓城 715400;4.陜西榆林能源集團(tuán)有限公司，陜西 榆林719000)

楊伙盤煤礦位于陜西省榆林市神木縣店塔鎮(zhèn)，屬陜北侏羅紀(jì)煤田神府礦區(qū)新民開采區(qū)。煤礦位于陜北黃土高原北部，地貌單元屬黃土丘陵溝壑區(qū)，煤礦內(nèi)溝谷縱橫切割，梁峁連綿起伏，坡陡壁峭，植被稀少，水土流失嚴(yán)重。黃羊城溝在煤礦南緣由東向西流經(jīng)店塔匯入黃河一級(jí)支流窟野河，流量為 0.01 ～0.36m3/s，一般為 0.07 ～0.13 m3/s，其支溝自西向東依次為黃合峁溝、大石圈溝、神樹溝、石巖溝等。煤礦面積26.9176km2，生產(chǎn)規(guī)模400萬噸/年。煤礦可采煤層劃分為上、下兩個(gè)煤組，每個(gè)煤層設(shè)兩個(gè)盤區(qū)。2-2煤層和3-1、3-2煤層為上組煤，4-3、5-1煤層為下組煤。按煤層分組，全礦井設(shè)兩個(gè)水平，一水平設(shè)在3-1煤，二水平設(shè)在5-1煤，并在2-2煤和4-3煤層中設(shè)輔助水平。礦井采用平硐開拓，2-2、3-1煤層為中厚煤層，采煤方法為一次采全高綜合機(jī)械化采煤法;3-2、4-3煤層為薄煤層，采煤方法為薄煤層綜采;5-1煤層為厚煤層，采煤方法為大采高煤層綜采。目前開采2-2和3-1煤層，由于燒變巖的分布，影響了采煤工作面的正常布設(shè)，同時(shí)，采煤過程中的燒變巖地下水保護(hù)也成為煤礦生產(chǎn)的重大課題。

1 地質(zhì)特征

煤礦地表絕大部分被第四系、新近系沉積物覆蓋，僅沿黃羊城溝及大、小板兔川支溝有基巖出露。煤礦地層由老至新依次為:三疊系上統(tǒng)永坪組(T3y)、侏羅系下統(tǒng)富縣組(J1f)、侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)、新近系上新統(tǒng)保德組(N2b)、第四系中上更新統(tǒng)離石組和馬蘭組(Q2l+Q3m)，全新統(tǒng)河流沖積層(Q4al)及風(fēng)積沙(Q4eol)。煤礦大體是個(gè)單斜層構(gòu)造。NE-SW走向，傾向 NW，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)褶曲，未發(fā)現(xiàn)斷層，未發(fā)現(xiàn)火成巖入侵，構(gòu)造簡單。延安組含煤19層，其中 有 對(duì) 比 意 義 的 煤 層 為 1-1、1-2、2-2、3-1、3-2、4-2、4-3、5-1。區(qū)內(nèi)共有 5 層可采煤層，分別為 2-2、3-1、3-2、4-3、5-1煤層。其中 4-3、5-1煤層為全區(qū)可采煤層;2-2、3-1煤層為大部可采煤層;3-2煤層為局部可采煤層，可采煤層平均厚度累計(jì)9.99m，含煤系數(shù)3.5%，含煤系數(shù)低。煤的水分(Mad)4.03～11.06%，煤層灰分(Ad)平均值 7%左右，全硫平均在 0.4℅以下。發(fā)熱量(Qgr，d)為 29.93～30.90MJ/kg?？蛇x性屬易選煤。抗碎強(qiáng)度高，化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好。煤中有害元素砷、氯、氟、磷含量低 ～特低，是良好的動(dòng)力用煤，氣化用煤，低溫干餾用煤。

2 燒變巖的分布特征

楊伙盤煤礦內(nèi)上部的2-2、3-1煤層沿各大溝谷煤層自燃嚴(yán)重，造成煤層頂板巖石遭受烘烤變色，局部已風(fēng)化呈灰黃色，本文重點(diǎn)對(duì)上部的2-2、3-1煤層的燒變巖論述。

2.1 2-2煤層

煤層位于Ⅳ巖段頂部，是煤礦的主要可采煤層。此煤層自燃破壞十分嚴(yán)重，運(yùn)輸大巷東南翼沿黃羊城溝火燒區(qū)寬達(dá)半公里，運(yùn)輸大巷西北翼，煤層沿三大支溝的火燒區(qū)寬度是900～1700m，余下的煤層可采寬度是500～1000m，一個(gè)完整穩(wěn)定的中厚煤層被割切得支離破碎?？刹擅娣e為14.353km2，面積可采概率53%。為大部可采煤層。煤層厚度0～3.20m，平均厚度 2.25m;可采煤層厚度 0.80 ～3.18m，平均厚度2.44m，屬中厚煤層，埋深一般為0～136.48m。

2.2 3-1煤

3-1煤燒變巖面積明顯少于2-2煤層，沿黃羊城溝北岸煤層自燃嚴(yán)重，其次在北部的石佛溝、磨石灣溝和西部的大南溝均分布有燒變巖。煤層厚度0～4.81m(含復(fù)合區(qū))，平均厚度 2.48m;可采點(diǎn) 72個(gè)，可采煤厚 0.80～3.80m(含復(fù)合區(qū))，平均厚度 2.40m，埋深一般為 0～170.95m，可采面積為 22.655km2，面積可采概率84%，為大部可采煤層。

3 煤層自燃特征

煤層受熱程度不同，其自燃程度各有差異，依據(jù)煤層自燃的程度分為自燃煤、自燃?xì)埩裘汉秃婵久喝N類型。偶而在自燃?xì)埩裘褐撞坑信c正常煤相差無幾的烘烤煤。一般只有其中的一種或二種情況，三種共有的情況少見。

3.1 自燃煤

煤層燃燒時(shí)氣流暢通，形成火膛，接觸火膛和熱力輻射所及之處的巖煤層均受到不同程度燒烘變質(zhì)，其產(chǎn)物可通稱燒變巖和燒變煤。煤層完全燃燒的產(chǎn)物，實(shí)質(zhì)上是煤灰，表現(xiàn)為一種淺灰、灰白、褐色的松散物、具滑感，厚幾公分至十幾公分不等，密度大(1.74 ～2.20 g/m3)。

3.2 自燃?xì)埩裘?/h3>

多數(shù)發(fā)生在厚煤層中，分布于緊鄰自燃邊界靠自燃區(qū)一側(cè)，在煤層自燃時(shí)，由于種種原因中途熄滅，形成燃而未盡的殘留煤。其特征一般為上部呈粉沫狀，無光澤，宏觀煤巖結(jié)構(gòu)不清，類似"煤華"。中部為褐黑色或灰黑色、光澤暗淡的粒狀"焦炭"，下部殘留烘烤煤，或"正常煤"。一般只有其中的一種或二種情況，三種共有的情況較少見。殘留煤沿自燃邊界線帶狀分布于自燃區(qū)內(nèi)側(cè)，因煤層燃燒的條件不同，其形態(tài)及寬度也不一樣。

3.3 烘烤煤

煤體受燃煤熱幅射而未達(dá)到燃點(diǎn)，屬受烘烤的煤層，呈黑色微顯褐紅色煤巖結(jié)構(gòu)清晰，光澤略顯暗淡，裂隙發(fā)育，煤層結(jié)構(gòu)呈碎裂片狀，塊狀，沿裂隙面有紅色斑點(diǎn)及鐵質(zhì)薄膜，煤巖結(jié)構(gòu)清晰可辨。但化學(xué)性質(zhì)、工藝性能有所變化。Ad一般大于 10%，Mad大于 12%，Qgr，d一般 21～25MJ/kg。

3.4 煤層自燃測井曲線特征

隨著煤變程度的增加時(shí)，視電阻率值逐漸變低。正常煤的視電阻率曲線反映呈高阻、高幅值，如2-2煤阻值483～1263Ωm。烘烤煤呈中阻，一般73～294Ωm。燒變煤呈低阻反映。煤層燒盡后的煤灰及殘留物阻值最低，靠近基線，與上下圍巖曲線呈馬蹄形。伽瑪曲線隨煤變程度增加，幅值逐漸降低，密度變大。自然伽瑪異常隨自燃程度增加而逐漸增高，煤灰的曲線幅值與圍巖相近或略高于圍巖，介面不明顯(圖 1)。

圖1 火燒煤、正常煤測井參數(shù)曲線對(duì)比圖

4 煤層自燃對(duì)工作面布設(shè)的影響及控制措施

2007年提交的《楊伙盤煤礦勘探地質(zhì)報(bào)告》煤層自燃邊界先期開采地段范圍控制在100m范圍內(nèi)，先期開采地段范圍外，相對(duì)控制程度較低。煤礦現(xiàn)開采2-2、3-1煤層，特別是 2-2煤 層，20207、20208、20101、20104、20106、20107、20108、20109、20110等工作面大部在先期開采地段范圍外，主運(yùn)順槽或回風(fēng)順槽不同程度均受到自燃邊界的影響。

針對(duì)煤層自燃對(duì)工作面布設(shè)的影響，采用施工煤層自燃邊界控制鉆孔的方法進(jìn)行控制。具體為沿靠近自然邊界的工作面的掘進(jìn)方向由內(nèi)向外依次布設(shè)鉆孔，根據(jù)鉆孔揭露煤層情況確定工作面掘進(jìn)方向煤層是否自燃及是否需要調(diào)整工作面布設(shè)，保證工作面正常掘進(jìn)生產(chǎn)，避免盲目掘進(jìn)造成經(jīng)濟(jì)損失。

通過2013年煤礦自燃邊界控制鉆孔的施工，對(duì)工作面的自燃邊界進(jìn)行了有效控制，很好的指導(dǎo)了工作面的合理布設(shè)，解放了一部分煤炭資源量。如20109和20110工作面南側(cè)靠近自燃邊界，巷道掘進(jìn)受自燃邊界影響的可能性較大，通過HK2013-5鉆孔的施工，揭露煤層未自燃，20109和20110工作面可向南移動(dòng)50m左右，北部相對(duì)遠(yuǎn)離了自燃邊界，保證了工作面的正常掘進(jìn);20107和20108工作面的前方存在煤層自然邊界，通過 HK2013-3、HK2013-2、HK2013-22孔的施工，揭露煤層未自燃，結(jié)合填圖資料，20108工作面可向前推進(jìn)150m，20107工作面可向前推進(jìn)300m，兩個(gè)工作面可解放煤炭資源量共計(jì)40萬噸，直接經(jīng)濟(jì)收益達(dá)6000萬元。

由此可見，工作面布設(shè)和采掘前采用鉆孔控制煤層的自燃邊界是行之有效的方法。

5 結(jié)論

楊伙盤煤礦地貌單元屬黃土丘陵溝壑區(qū)，煤礦內(nèi)溝谷縱橫切割，梁峁連綿起伏，坡陡壁峭，上部煤層受地形的制約，主要在溝谷地段煤層自燃，出現(xiàn)自燃煤、自燃?xì)埩裘汉秃婵久喝N類型，煤層頂板巖石遭受烘烤變色，形成燒變巖，局部已風(fēng)化呈灰黃色。煤層可采范圍僅分布在梁峁區(qū)，工作面在掘進(jìn)方向上是否有煤層自燃區(qū)?工作面能否正常向前推進(jìn)?都成為未知數(shù)。采用施工煤層自燃邊界控制鉆孔的方法進(jìn)行控制，有效解決這一問題。既充分利用該區(qū)的煤炭資源，又提前探查煤層自燃區(qū)的分布范圍，避免盲目掘進(jìn)造成經(jīng)濟(jì)損失，保證工作面正常掘進(jìn)生產(chǎn)。

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