淮南新集一矿13-1煤层稳定性影响因素分析

2013-08-03殷广标

山东工业技术 2013年14期

陈萍殷广标

（安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南232001）

0 前言

煤层厚度及其稳定性是决定煤矿生产的关键性因素之一，也是人们关注的研究课题。煤层厚度变化受原生煤层沉积环境因素和后生地质构造因素的双重控制。前者往往控制煤层厚度区域性变化，而在一个井田范围内，地质构造因素更直接影响煤层厚度的变化。构造作用是控制井田范围内煤层厚度变化的主要地质因素[1]；煤层厚度的区域变化主要受沉积环境控制，构造主要引起煤层厚度的局部变化[2]。近来人们更多侧重于研究各种褶皱构造和断裂构造对煤层厚度的影响[3]；但是，至今尚未见研究大型推覆构造对煤层厚度影响的报道。淮南煤田新集煤矿是勘查与开采大型推覆体掩盖下煤层取得成功的典范。本文将以新集井田13-1 煤层为对象，探讨大型推覆构造对煤层厚度及其稳定性影响。

1 淮南煤田13-1 号煤层特征

淮南煤田二叠系上石盒子组第四含煤段13-1 号煤层是煤田内所有煤矿开采的主要煤层。据淮南矿业集团所属煤矿的地质资料，该煤层最小厚度1m 左右，最大厚度8～9m（少数井田达12m），平均厚度4～5m（少数井田达6m）；在各生产煤矿13-1 煤层的可采性指数都为1，变异系数小于25%（少数井田稍大），多数井田13-1 煤层属于“稳定煤层”。

淮南煤田二叠系上石盒子组第四含煤段的沉积环境属于网状分流河道发育的三角洲平原，平原地形低平，其上形成了分布广阔的泥炭沼泽。当时本区地壳运动正处于比较稳定时期，频率小的振荡运动使沼泽水面上升能较长时期和植物堆积基本保持一致。由于沉积古地理和地壳运动二者相互配合，从而形成了厚度较大而且分布稳定的13-1 煤层[4-6]。

据上所述，在淮南煤田的各井田内部，13-1 煤层厚度和稳定性的变化主要取决于井田的地质构造。

2 新集井田13-1 煤层的厚度特征

据对新集井田98 个钻孔资料的统计，91 个钻孔见原地系统内13-1 煤层，7 个钻孔的13-1 煤层因断层通过而缺失。此外，有21 个钻孔穿过推覆体里的煤系夹片，见有13-1 煤层。夹片里的13-1 煤层的稳定性差，至今煤矿未予开采。

为了探讨新集井田推覆构造对13-1 煤层厚度及其稳定性的影响，作为对照，统计了相邻未受推覆构造影响的张集井田13-1 煤层的厚度资料。煤层的厚度情况列于表1 和表2。按照《矿井地质规程》第七条[7]，13-1 煤层稳定性评价结果见表3。

表1 新集井田13-1 煤层真厚度

表2 新集和张集井田13-1 煤层各厚度区间内煤厚点出现频率表

表3 新集井田和张集井田13-1 煤层稳定性评定

新集井田13-1 煤层结构简单， 35%的点没有夹矸，36%的点只含一层夹矸，22%的点含两层夹矸，个别见煤点含3 层夹矸。张集井田13-1 煤层结构也同样简单。夹矸厚度不影响煤层稳定性评价。

据表1、表2、表3，以及查阅相关资料，新集井田13-1 煤层厚度具有以下特征∶

（1）在推覆体内或者在原地系统内13-1 煤层的厚度虽均有较大变化，但其可采性指数仍然为1，这与张集井田和淮南煤田其他井田的情况相同。

（2）推覆体内13-1 煤层的厚度偏小，平均厚度只有3.68m，小于原地系统和张集井田该煤层的平均厚度5.87m。淮南煤田多数井田13-1 煤层的平均厚度都在4～5m 之间，少数达6m。

（3）在推覆体内或者在原地系统内，13-1 煤层的变异系数都≥30%，显著大于张集井田该煤层的变异系数（24%）。淮南煤田多数井田13-1 煤层的变异系数小于25%。

（4）在新集井田的推覆体和原地系统内13-1 煤层厚度的离散程度大于张集井田。推覆体内见煤点的厚度分散于1～7m 之间，其中不足三分之一见煤点的煤层厚度集中于3～4m 之间。原地系统内只有26%的见煤点煤层厚度集中于5～6m 之间，74%见煤点的煤层厚度分散于各厚度段（自1m 到9m）。而在张集井田13-1 煤层厚度变化的情况大不一样，近89%见煤点的厚度处于3～6m 之间，其中46%见煤点的煤层厚度集中于4～5m 之间；只有11%见煤点的厚度分散于其他厚度段。

3 影响新集井田13-1 煤层厚度变化因素探讨

为表明新集井田13-1 煤层厚度变化大以及稳定性差的原因，提出以下几点认识∶

3.1 沉积环境未对13-1 煤层厚度产生影响

据91 个钻孔资料，在13-1 煤层底板未见砂体，煤层之下不到8m处普遍发育有平均厚度近1m 的13-1 下煤层，其间为泥岩和炭质泥岩；13-1 下煤层的底板也为泥岩和砂质泥岩。这表明在新集井田范围内13-1 煤层的沉积基底是稳定的，没有砂体影响煤层沉积。

13-1 煤层顶板岩性以泥岩为主。在原地系统内的15 个钻孔内13-1 煤层直接顶板见有砂岩，但是顶板砂岩覆盖下的煤层厚度仍然比较厚。其中11 个钻孔的煤层厚度超过5m，另4 个钻孔的煤层厚度也达3.85～4.58m。由此可见，新集井田13-1 煤层没有被顶板砂岩明显冲刷而变薄的迹象。

3.2 与大型推覆构造有成生联系的的层滑构造是影响煤层厚度变化大，稳定性差的主要地质因素[8-10]

在新集井田大型推覆体内部构造复杂，岩石多受挤压变形，破碎滑面发育，并伴有一系列小型褶皱及逆冲断层。因此推覆体内部煤层厚度变化较大，13-1 煤层的变异系数高达34%。新集井田阜凤逆冲断层面是井田滑动构造体系中的主滑动面。在其影响下，原地系统内13煤中发育有三个次级滑面。显然，这两级滑动构造对煤层厚度必定产生重大影响，以致原地系统内13-1 煤层变异系数达到30%，超过未受到大型推覆构造影响的张集井田的24%。层滑褶皱直接造成13-1 煤层在走向和倾向上都常出现波状起伏, 煤层厚薄悬殊，呈节状分布。层滑断层又直接造成煤层断裂,98 个勘探钻孔中就有7 个钻孔内的13-1 煤层全部断缺。

3.3 层滑构造对煤层的另一影响是破坏了煤层原有的结构构造，增加煤与瓦斯突出危险性

新集煤矿井下13-1 煤层中构造煤普遍发育，被定为“突出煤层”。据对65 个钻孔测井曲线的解释资料，只有零星分布的4 个钻孔内13-1 煤层的原有结构构造未遭受破坏；其余61 个钻孔的13-1 煤层内部都不同程度赋存有构造煤。与之对照，张集井田13-1 煤层结构构造遭受破坏的程度较差。其中煤层全部都被破坏成为粉状构造煤的钻孔数只占钻孔总数的22%，大部分钻孔里的煤层内只出现1 层到2 层厚度不一的构造煤分层，并位于煤层顶部或底部与顶底板岩石接触部位。这显然是煤层顺顶与底滑动面，即上述次级滑动面滑动的产物。可是在37%钻孔内的煤层中部还出现构造煤分层，表明在煤层内部还存在更次级的滑动面。这种滑动面很可能是煤层内部的泥岩夹矸或者含泥质较多的暗煤条带的层面，顺着滑动面滑动的煤分层被破坏成为粉状构造煤。