火成巖侵蝕對煤田地質(zhì)的影響及開采措施研究

范文凱

摘要：郭二莊礦目前主采的9#煤層受火成巖侵蝕影響較大，侵入層位大多構(gòu)成了9#煤層的頂板，并導(dǎo)致二采區(qū)部分煤體無法開采。火成巖的侵入增加了煤田地質(zhì)的復(fù)雜性和開采的困難性，研究火成巖侵入規(guī)律及其對煤田地質(zhì)的影響，有助于掌握區(qū)域火成巖構(gòu)造分布，并為煤層開采與頂板管理提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：火成巖;煤田地質(zhì);開采措施

火成巖又被成為巖漿巖，是地質(zhì)成礦時期由巖漿活動冷卻后形成的致密巖體，具有硬度高、侵入性強(qiáng)的特點，對于煤田地質(zhì)有很大影響，是影響煤層開采的重要地質(zhì)因素之一?；鸪蓭r對于煤層的影響主要是破壞了煤層的穩(wěn)定性、連續(xù)性，使煤層變得斷斷續(xù)續(xù)，殘缺不全，惡化了煤層的賦存條件;同時，火成巖侵蝕和高溫烘烤作用下，臨近煤層的炭化程度較高，灰分和有害成分較多，成為高變質(zhì)煤，大大降低了煤的工業(yè)利用價值。郭二莊礦目前主采的9#煤層受火成巖侵蝕影響較大，侵入層位大多構(gòu)成了9#煤層的頂板，并導(dǎo)致二采區(qū)部分煤體無法開采。火成巖的侵入增加了煤田地質(zhì)的復(fù)雜性和開采的困難性，研究火成巖侵入規(guī)律及其對煤田地質(zhì)的影響，有助于掌握區(qū)域火成巖構(gòu)造分布，并為煤層開采與頂板管理提供依據(jù)。本文對此進(jìn)行了探討。

一、火成巖分布情況概述

郭二莊井田位于武安向斜的西翼，總體構(gòu)造形態(tài)為受斷層切割的單斜構(gòu)造，以斷裂為主，褶皺不甚發(fā)育。地層走向北北東，傾向南東～南東東，傾角10°～25°，一般15°～18°。其中9#煤層賦存于太原組底部，煤層平均厚度3.3m，地質(zhì)資源儲量2060萬噸，設(shè)計可采儲量1328.4萬噸，開采水平標(biāo)高-100m，服務(wù)年限14.8年。9#受火成巖侵入影響較大，根據(jù)鉆孔揭露情況，評價范圍內(nèi)，從平面上看普遍侵入;從垂向上看，共有三層，以9#煤上下侵入最為普遍。目前開采的二采區(qū)內(nèi)巖漿巖呈層狀大面積侵入9#煤上部。其中一層構(gòu)成9#煤直接頂板，局部地段存在巖株、巖脈狀侵入煤層，破壞了9#煤層的完整性，由于閃長巖侵入體凹凸不平，不易垮落，給采面頂板管理造成不利影響。

二、火成巖侵入對礦井生產(chǎn)的影響分析

1、對煤質(zhì)的影響

在火成巖形成階段，高溫巖漿侵入煤層，其侵蝕作用導(dǎo)致煤層殘缺不全，多形成煤灰;在巖漿的高溫烘烤作用下，附近煤層開始出現(xiàn)炭化變質(zhì)，灰分和有害成分增多，煤質(zhì)下降，大多形成天然焦和無煙煤。侵入體對其上部的煤層影響較大，這主要是由于巖漿高溫氣體和煤揮發(fā)時所攜帶熱量向上擴(kuò)散的原因。因此，侵入體的上部煤層也是煤變質(zhì)比較嚴(yán)重的部位。

2、對煤層結(jié)構(gòu)的破壞

火成巖的侵入具有選擇層位性，一般會沿地質(zhì)薄弱處侵入，而煤層和斷層構(gòu)造恰好是薄弱環(huán)節(jié)。因此，火成巖往往沿煤層和斷層裂隙穿插侵入，使煤層的連續(xù)性遭到破壞，增加了煤層分布的復(fù)雜性，加大了開采難度。巖漿侵入體或呈孤立的不規(guī)則串珠狀將煤層分割;或成若干細(xì)小分支，穿插夾雜于煤層中間，導(dǎo)致煤層夾矸增多，可采性變差;在巖漿侵入下，部分煤層會受到擠壓作用或者是被吞蝕，繼而使煤層變薄，煤層被散亂分割，地質(zhì)儲量減少。另一方面，火成巖侵入時產(chǎn)生的推擠力還會使煤層發(fā)生位移，影響煤層分布的均勻性，使煤層局部增厚或煤層間距增大，造成了礦井產(chǎn)量的不穩(wěn)定。

3、對煤田周邊巖體構(gòu)造的影響

巖漿大多沿煤層和裂隙侵入，在巖漿主要侵入?yún)^(qū)域或通道附近，巖漿會吞蝕部分或全部煤層，冷卻后成為煤層周邊巖體結(jié)構(gòu)的一部分;而在其邊緣由于能量減弱，巖漿則會以散亂的薄層分枝狀態(tài)穿插分割煤層，導(dǎo)致部分區(qū)域夾矸增多或者是無法開采。煤層周邊巖體構(gòu)造受巖漿侵入的直接影響，根據(jù)侵入位置的不同，也會對圍巖分布和煤層開采造成不同程度的影響。在巖漿沿煤層底界侵入時構(gòu)成煤層底板，在熱力烘烤作用下，接近底板處的煤質(zhì)炭化嚴(yán)重，變?yōu)樘烊唤?沿煤層頂界侵入時，大多構(gòu)成煤層頂板，除導(dǎo)致頂界處煤層夾矸增多外，夾石下煤基本不受影響，開采時需要針對火成頂板堅固和抗壓、抗剪強(qiáng)度較大的特點，采取相應(yīng)的頂板管理措施;如果煤層為天然焦，但頂?shù)装寮懊簩泳窗l(fā)現(xiàn)巖漿巖的話，則說明該區(qū)域曾受巖漿熱力作用影響，附近會有巖漿巖存在。

4、對煤田地質(zhì)環(huán)境和開采條件的影響

在巖漿侵入煤層及底界面，進(jìn)行高溫烘烤和自然成焦的過程中，煤層會發(fā)生熱分解反應(yīng)，產(chǎn)生大量的一氧化碳、甲烷等有害氣體;煤中的一些揮發(fā)性物質(zhì)也會大量逸出。這些有害氣體會吸附在附近的煤體和裂隙環(huán)境中，導(dǎo)致煤層瓦斯含量顯著增加，對煤層安全開采及瓦斯管理帶來一定影響。因此，在開采火成巖附近煤層，特別是出現(xiàn)天然焦或是煤層有比較顯著的炭化現(xiàn)象時，應(yīng)重點關(guān)注瓦斯?jié)舛鹊淖兓?，加?qiáng)通風(fēng)管理和瓦斯抽排。火成巖與礦井水患治理也有很大關(guān)系，由于火成巖侵入煤層后易形成裂隙和過水通道，容易造成煤層開采過程中頂板水的涌出。此外，由于巖漿易于沿裂隙侵入，因此火成巖大規(guī)模分布時往往意味著附近斷層和裂隙構(gòu)造的存在，需密切關(guān)注開采條件變化，做好過斷層的相關(guān)準(zhǔn)備。

三、火成巖頂板控制對策

當(dāng)巖漿侵入煤層上界面冷卻后大多形成火成巖頂板，對火成巖下壓煤開采帶來很大影響?；鸪蓭r頂板最大的特點就是質(zhì)地堅硬、整體穩(wěn)定性好、抗壓和抗剪能力強(qiáng)、不易自然垮落。因此，在火成巖頂板下開采時，隨著采空區(qū)的增大容易出現(xiàn)大面積火成巖懸頂?shù)膯栴}。如果待其自然垮落的話不僅會對下部區(qū)域產(chǎn)生巨大破壞，形成的塌落風(fēng)暴也會對周邊的人員、設(shè)備等帶來危害。因此，為了避免大面積火成巖懸頂?shù)某霈F(xiàn)，必須定期進(jìn)行人工強(qiáng)制放頂作業(yè)，這也是火成巖頂板控制和煤層安全開采的關(guān)鍵。需根據(jù)地質(zhì)資料準(zhǔn)確計算工作面頂板來壓步距和來壓強(qiáng)度，從而確定安全的放頂步距和相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

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