小康井田“煤層缺失變薄帶”賦存規(guī)律及成因探究

史建軍

摘要：利用小康礦現(xiàn)有地質資料重新進行分析，運用地質力學原理，研究探討了本區(qū)“煤層缺失變薄帶”構造特征、組合規(guī)律及力學成因，確立了本區(qū)特有的“煤層缺失變薄帶”構造形態(tài)，對生產建設具有重要指導意義。

關鍵詞：小康井田；煤層缺失變薄帶；成因；賦存規(guī)律

小康礦自1990年11月15日投產以來，在采掘生產過程中，“煤層缺失變薄帶”這一特殊地質構造陸續(xù)在掘進、回采過程中出現(xiàn)（以下簡稱“無煤帶”）。本文從探索無煤帶成因入手，進而掌握“無煤帶”的賦存規(guī)律，以指導采掘工程的設計與施工，避免或減少“無煤帶”給煤礦安全生產帶來的影響。

1 礦井概況

小康煤礦隸屬于鐵法煤業(yè)（集團）有限責任公司。小康煤礦井田煤系地層沉積類型為內陸山間湖泊、沼澤相，形成于中生代晚侏羅紀，巖層結構多為復合層。成巖度低，巖石暴露于空氣中即發(fā)生軟化及崩解，強度損失快。小康煤礦采用中央立井單水平上下山開拓，中央并列式通風方式；井底車場水平標高為399m（深度482m），回風水-平標高-398m（深度481m）。井下生產實施“一井一面”集約化生產模式，煤炭運輸實現(xiàn)膠帶連續(xù)化，主要生產系統(tǒng)實現(xiàn)了監(jiān)視監(jiān)控。

2 小康井田構造形跡分析

小康井田現(xiàn)今構造形跡是多期構造運動的綜合產物。小康礦坐落在三臺子盆地，三臺子盆地形成后的構造應力場演化可劃分為4期，因此，小康井田現(xiàn)在大部分的構造形跡都是兩次或多次構造運動的產物，前期的構造形跡與后期構造形跡必然相互影響，主要表現(xiàn)在前期構造形跡對后期的構造形跡的控制，后期構造形跡對前期構造形跡的利用、改造。利用突出地表現(xiàn)在后期構造運動沿用、遷就先存的斷裂面，改造則是指后期構造運動改變了原構造形跡的力學性質或形態(tài)特征等。

3 無煤帶的成因類型

經井下實際揭露和研究前人積累的大量的礦井地質資料，我們認為小康井田無煤帶的成因類型既有構造一沉積復合成因的，也有單一構造成因的。

（1）泥炭堆積前或堆積期底板上隆形成的無煤帶簡記為Ⅰ型無煤帶。這種無煤帶是由于煤層底板在泥炭堆積期前或泥炭堆積過程中，因構造原因上隆，造成局部覆水變淺，不利于煤炭堆積而形成的。

（2）泥炭堆積期同沉積斷層形成的無煤帶

簡記為Ⅱ型的無煤帶。這種無煤帶的主要特征是在同沉積正斷層兩側的煤厚突然變化，并且這種同沉積斷層在煤層頂面終止而不延伸到頂板巖石中。

（3）泥炭堆積后（準同生期）上隆一侵蝕無煤帶

簡記為Ⅲ型無煤帶。其煤層頂板下蝕形成的無煤帶并非通常由頂板砂礫巖或砂巖沉積時下蝕而成的河流沖刷帶，而表現(xiàn)為油頁巖或泥巖與煤層間為一個或數(shù)個波曲形界面，每個下凸波曲部分相當于前述的無煤帶弧形下凸體。下凸界面并非圓滑，是由多個小的起伏構成的，界面明顯切割了煤層及其夾矸薄層，界面下凸處無煤帶程度最大（圖1）。

尤其值得注意的是，這種無煤帶還具有以下幾點重要特征：①分布具有方向性；②多發(fā)育于次一級小背斜核的頂部；③煤層變薄、缺失帶之下或鄰近煤層及夾矸常伴有小型塑性刺穿的“底辟構造”（圖2）。

（4）泥炭埋藏后斷層形成的無煤帶

簡記為Ⅳ型無煤帶。形成這種類型的煤層變薄、缺失帶的斷層有以下兩種情況：

①Ⅳ-A型煤層變薄、缺失帶

這種無煤帶的特點斷層面呈下凸的弧狀勺形，同一斷層的性質（兩盤相對位移方向）隨弧狀斷層的傾向改變而不同（圖1）。

②IV-B型無煤帶

這種無煤帶的特點是斷層面相對平直的正斷層，傾角變化較大，但多>45°，落差多<5m，在斷層處形成煤層突然中斷或錯位（圖2）。

4 “無煤帶”賦存規(guī)律的研究

為了科學地研究“無煤帶”賦存規(guī)律，我們先后利用了三維地震勘探技術和煤礦地震數(shù)據動態(tài)解釋系統(tǒng)及地測空間管理信息系統(tǒng)軟件。

我們利用上述技術手段，終于摸清了“無煤帶”的賦存規(guī)律如下；

（1）“無煤帶”平面分布的形狀一般為條帶狀，個別的一端分叉?！盁o煤帶”長度一般50～700m，寬10～70m?！盁o煤帶”的平面分布有一定的分區(qū)性。

（2）“無煤帶”多分布在煤厚異常區(qū)；地震反射波的異常區(qū)；泥巖段沉積期和斷層構造的陡坡區(qū)；斷層發(fā)育地段。

（3）煤層中出現(xiàn)“無煤帶”大多底板不斷開，靠近“無煤帶”兩端其煤層急劇上下彎曲，無明顯滑面?！盁o煤帶”的巖性呈片狀，遇風和水易泥化且膨脹的油頁巖

（4）北一采區(qū)的“無煤帶”總體呈近南北向或由北北東向；而南一、南二采區(qū)最發(fā)育的“無煤帶”呈北西西向。

（5）“無煤帶”常與斷層相伴。即出現(xiàn)了大斷層其附近必伴生有“無煤帶”；出現(xiàn)15m寬以上的“無煤帶”常會伴生小斷層。

（6）“無煤帶”的發(fā)育程度在井田西部高于井田東部；在南二采區(qū)東北部高于南部，東部高于西部。

5 研究“無煤帶”成因及賦存規(guī)律的意義

5.1 對今后地質工作的指導作用

小康井田“無煤帶”成因及賦存規(guī)律的研究，完善了構造地質學的體系；擴大了礦井地質工作的視野；明確了礦井構造地質研究的重點：提高了礦井地質工作的超前意識；促進了礦井地質工作為礦井安全生產服務的深度。為在小康井田乃至整個三臺子煤田解釋“無煤帶”構造提供了經驗。

5.2 對采礦生產的指導作用

（1）隨著機械化程度的提高，大功率采煤機組的應用及“無煤帶”成因及賦存規(guī)律研究成果的應用，擴大了采區(qū)和工作面的有效面積，為采掘接續(xù)、長遠規(guī)劃和布置高產高效大功率工作面提供了地質依據。

（2）“無煤帶”成因及賦存規(guī)律研究的應用對于采區(qū)設計和工作面布置將產生積極的深遠的重大影響。

（3）通過對采掘過程中遇到的無煤帶的分析判斷，可對采掘工作面按合理層位回采及掘進、巷道改造及提高回采率等方面提供有力的理論支撐。