地質(zhì)構(gòu)造對煤層厚度的影響分析

摘 要：影響開采煤礦的重要因素之一就是煤層厚度，如果煤層厚度過薄，就會制約采掘的正常進行，造成比例失調(diào)，提高生產(chǎn)成本，降低工作效率，及降低井田煤炭儲量等。文章主要分析了褶皺構(gòu)造、斷層構(gòu)造，以及巖漿入侵等地質(zhì)構(gòu)造對煤層厚度的影響。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)構(gòu)造;褶皺;斷層;巖漿侵入;煤層厚度

1.引言

合理測算煤層厚度非常重要，準確的測算數(shù)據(jù)不僅能夠正確地計算煤炭儲量，還可以比較科學合理地布置采掘工程。因此，在生產(chǎn)過程中要盡可能正確地鑒別煤層厚度變化的地質(zhì)特征，借此來正確預(yù)測煤層厚度的變化規(guī)律，進而可以合理而充分地開采和利用煤炭資源。地質(zhì)構(gòu)造對煤層厚度的影響不可忽視，地質(zhì)構(gòu)造可以分為褶皺構(gòu)造、斷層構(gòu)造、巖漿入侵。

2.地質(zhì)構(gòu)造對煤層厚度的影響分析

2.1褶皺構(gòu)造對煤層厚度的影響

因地殼的運動使巖層長期在水平方向受擠壓下產(chǎn)生塑性變形，形成的構(gòu)造狀態(tài)為波狀彎曲，被稱為褶皺構(gòu)造。它對煤層厚度的影響較明顯，這是因為煤層本身較松軟，容易受構(gòu)造應(yīng)力的影響，發(fā)生塑性流動、變形，產(chǎn)生局部的煤層加厚，或變薄，或尖滅等。

另外，在垂直壓力作用下，褶皺構(gòu)造的變動造成褶曲軸部壓力比兩翼大，兩翼煤層增厚的同時，背斜軸部煤層厚度變薄;而水平擠壓力，使褶曲兩翼受力比軸部大，在煤層形成褶皺時，煤層從壓力大的地方向壓力小的地方發(fā)生塑性流動，形成背、向斜軸部有較厚的煤層，兩翼煤層卻稀薄，甚至呈串珠狀或者藕節(jié)狀。煤層厚度構(gòu)造變化一般存在于發(fā)生過劇烈褶皺的煤田，主要因為不對稱、不協(xié)調(diào)和擠壓緊密的褶皺，或者大型褶皺中次級波狀小褶皺，或者撓曲轉(zhuǎn)折端。

在縱彎褶皺應(yīng)力的作用之下，向斜核部的煤層厚度會明顯增加，背斜頂部的煤層厚度也會相應(yīng)加厚，然而翼部的煤層則相應(yīng)變薄;在橫彎褶皺應(yīng)力的作用之下，向斜槽部煤層厚度會明顯增加，背斜頂部的煤層厚度則會相應(yīng)減少。

在后期地質(zhì)構(gòu)造褶皺等的影響下，煤層發(fā)生朔性流動，即揉皺、搓碎和鏡面滑動等，造成部分煤層增厚，而另一部分變薄，在剖面及平面上都呈現(xiàn)出彎曲形態(tài)，并伴隨不可采的段或點，且走向上也呈不規(guī)則變化，構(gòu)造軸部增厚，翼部煤層變薄甚至消失，一般則沿褶皺傾伏的方向形成一條構(gòu)造壓薄帶，給煤層的開采增加難度。在一些因褶皺破壞含煤率比較低的煤層，褶皺反常翼的煤層甚至達不到可采的厚度。

2.2斷裂構(gòu)造對煤層厚度的影響

與褶皺構(gòu)造對煤層厚度的影響相比，斷裂構(gòu)造的影響相對輕微。它對煤層厚度的影響具體表現(xiàn)在斷層分布、斷層產(chǎn)狀以及斷層性質(zhì)等方面，進而影響到煤層厚度、煤層深度變化以及煤層空間分布情況等方面。斷裂構(gòu)造將原本連續(xù)的煤層“強行折斷”，不僅增加了煤炭的開采難度，更提高了開采成本;同時，煤層的斷裂地帶常常存在規(guī)模各異的薄煤層與厚煤層，過多的薄煤層無疑會影響煤炭開采效率。

影響煤層的構(gòu)造常常不是單一的，斷裂構(gòu)造時常與褶曲伴生（即，褶曲是主構(gòu)造而斷層是伴生構(gòu)造），又加劇了斷裂構(gòu)造對煤層的破壞性，具體分析：（1）如果背斜是當主構(gòu)造，那么斷層層面則表現(xiàn)為張性裂隙，該裂隙不僅斷層的破碎帶比較寬，而且具有較大的含水量，同時，在拉應(yīng)力的作用與影響之下，煤層頂板非常容易出現(xiàn)破碎現(xiàn)象;（2）如果向斜是主構(gòu)造，那么斷層層面則表現(xiàn)為閉合性裂隙，該裂隙斷層的破碎帶比較狹小，具有相對較好的膠結(jié)性，所以通常具有較小的含水量，拉應(yīng)力對煤層頂板產(chǎn)生的影響也較為輕微。

斷裂構(gòu)造按照斷裂的形式又分為

（一）逆斷層構(gòu)造

逆斷層構(gòu)造主要表現(xiàn)為“z”型或者反“z”型的剖面，因此比較容易識別。它對煤層厚度的影響主要表現(xiàn)為：在應(yīng)力的作用下，它把煤層的底板或者頂板折斷，隨后破壞力會沿著煤層的薄弱面運移，直至消失，在該作用力的影響之下，煤層的受力區(qū)域會變薄或者消失。

（二）層間滑動構(gòu)造

層間滑動引起的煤層厚度變化煤系地層受側(cè)向擠壓后，柔性的軟巖層如煤層等便產(chǎn)生柔性流動或?qū)娱g滑動形成類似雞窩狀的煤層。一般來說，層問滑動引起的煤層的變化特征表現(xiàn)為以下兩點：煤層內(nèi)的滑動鏡面發(fā)育被原生構(gòu)造所破壞;煤層灰分提升。

相鄰煤層之間或者相鄰于巖層的煤層中通常是滑動構(gòu)造所處的位置。層問滑動尤其是煤層頂?shù)装逑噜弾r層內(nèi)部的層間滑動會向煤層施加剪切擠壓應(yīng)力，進而導(dǎo)致煤層的厚度在擠壓作用下“變薄”。變化起伏的滑面不僅會侵蝕煤層構(gòu)造，還因此產(chǎn)生新的滑褶構(gòu)造，使煤層受到嚴重的擠壓，并出現(xiàn)揉皺變形等現(xiàn)象。

根據(jù)滑動構(gòu)造對煤體破壞方式及結(jié)果的不同，將煤層厚度的變化劃分為：

1）剪切壓薄型：煤層頂板或者底板滑動會產(chǎn)生剪切應(yīng)力作用于位于剪切帶的煤層，進而產(chǎn)生一組剪裂面并與滑面相交，相應(yīng)地，位于剪裂面兩側(cè)的煤層會滑落移動，最終改變煤層厚度和煤體結(jié)構(gòu)。

2）滑動切蝕型：低角度順層或者斷層的層間滑動構(gòu)造面出現(xiàn)輕微角度變化通常會切蝕煤層，并使之逐漸變薄。

3）滑褶穿刺型：煤層和相鄰巖層發(fā)生滑褶作用，造成頂、底板對煤層的穿刺擠壓，煤層形態(tài)不規(guī)則，厚薄突變，伴有局部的分叉合并現(xiàn)象，或煤層內(nèi)出現(xiàn)外來巖石透鏡體。煤層的原生結(jié)構(gòu)基本上不保存，呈碎裂狀、鱗片狀。

2.3巖漿侵入對煤層厚度的影響

含煤層中出現(xiàn)巖漿侵入現(xiàn)象非常普遍，一方面，巖漿侵入煤層破壞了煤層的連續(xù)性和完整性，降低煤的可開采總量;另一方面，巖漿接觸煤層后會使其燃燒變質(zhì)，降低其粘性，提升器灰分量，甚至天然焦炭，喪失工業(yè)價值。一言以蔽之，巖漿侵入會對煤層產(chǎn)生諸多不利的影響：破壞煤層、促使煤炭變劣、影響煤炭開采等。所以，在影響煤礦建設(shè)生產(chǎn)的諸多因素中，巖漿侵入成首當其沖。然后需要注意的是，在部分礦區(qū)，煤層在受到巖漿侵入作用之后，在熱變質(zhì)的作用之下，增加了煤炭品種，某些變質(zhì)輕微的煤炭成為了具有很高商業(yè)價值的煉焦煤。

巖漿的侵入一般會在很大程度上改變煤層的原始結(jié)構(gòu)、煤層形態(tài)、煤層厚度等。如果巖漿侵入明顯，則煤質(zhì)的破壞就非常嚴重，甚至吞食整個煤層，使其煤變成天然焦炭，嚴重影響煤炭開采。根據(jù)巖漿入侵煤層分其為兩層甚至更多，侵入部位也不同，可分巖漿入侵為四種類型：頂板侵入型、中間侵入型、底板侵入型、頂?shù)装迩秩胄??？偟恼f來，巖漿侵入的規(guī)模、巖性及產(chǎn)狀都對煤層的破壞程度有影響。

巖漿侵入煤層、吞蝕煤層，使煤層厚度變薄，是根據(jù)侵入規(guī)模的大小、形態(tài)和部位，同時增加了煤層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，出現(xiàn)了無規(guī)則狀煤層或者類似層狀的煤層，并且夾矸變多。煤層焦化最為嚴重的區(qū)域是巖漿侵入與煤層剛開始接觸的區(qū)域。該區(qū)域的煤炭不僅沒有光澤，而且堅硬致密;將其敲碎后會發(fā)現(xiàn)煤炭的斷口大多呈現(xiàn)出粗齒狀，被形象地稱之為“犬齒煤”。

3.結(jié)語

綜合看來，褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造和巖漿侵入對煤層厚度產(chǎn)生影響最大的三種地質(zhì)構(gòu)造形式，其中，巖漿侵入對煤層的破壞性最大，所以在生產(chǎn)的工程中，加強三級地質(zhì)保障工作和隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素普查工作，查清區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，科學分析煤層賦存情況，提高煤炭資源利用率。

作者簡介：

曾慶軍（1987），男，助理工程師，2015年畢業(yè)于黑龍江科技大學，現(xiàn)工作于龍煤鶴崗礦業(yè)公司南山煤礦，主要從事礦井地質(zhì)技術(shù)工作。