杨伙盘煤矿烧变岩及其对工作面布设的影响

王振华，阎旭亮，贺粉萍田亚飞

(1.陕西省榆林市杨伙盘煤矿，陕西 榆林 719000;2.陕西省煤田地质局一八五队，陕西 榆林 719000;3.陕西省煤田地质局一三一队，陕西 韩城 715400;4.陕西榆林能源集团有限公司，陕西 榆林719000)

杨伙盘煤矿位于陕西省榆林市神木县店塔镇，属陕北侏罗纪煤田神府矿区新民开采区。煤矿位于陕北黄土高原北部，地貌单元属黄土丘陵沟壑区，煤矿内沟谷纵横切割，梁峁连绵起伏，坡陡壁峭，植被稀少，水土流失严重。黄羊城沟在煤矿南缘由东向西流经店塔汇入黄河一级支流窟野河，流量为 0.01 ～0.36m3/s，一般为 0.07 ～0.13 m3/s，其支沟自西向东依次为黄合峁沟、大石圈沟、神树沟、石岩沟等。煤矿面积26.9176km2，生产规模400万吨/年。煤矿可采煤层划分为上、下两个煤组，每个煤层设两个盘区。2-2煤层和3-1、3-2煤层为上组煤，4-3、5-1煤层为下组煤。按煤层分组，全矿井设两个水平，一水平设在3-1煤，二水平设在5-1煤，并在2-2煤和4-3煤层中设辅助水平。矿井采用平硐开拓，2-2、3-1煤层为中厚煤层，采煤方法为一次采全高综合机械化采煤法;3-2、4-3煤层为薄煤层，采煤方法为薄煤层综采;5-1煤层为厚煤层，采煤方法为大采高煤层综采。目前开采2-2和3-1煤层，由于烧变岩的分布，影响了采煤工作面的正常布设，同时，采煤过程中的烧变岩地下水保护也成为煤矿生产的重大课题。

1 地质特征

煤矿地表绝大部分被第四系、新近系沉积物覆盖，仅沿黄羊城沟及大、小板兔川支沟有基岩出露。煤矿地层由老至新依次为:三叠系上统永坪组(T3y)、侏罗系下统富县组(J1f)、侏罗系中统延安组(J2y)、新近系上新统保德组(N2b)、第四系中上更新统离石组和马兰组(Q2l+Q3m)，全新统河流冲积层(Q4al)及风积沙(Q4eol)。煤矿大体是个单斜层构造。NE-SW走向，倾向 NW，区内未发现褶曲，未发现断层，未发现火成岩入侵，构造简单。延安组含煤19层，其中 有 对 比 意 义 的 煤 层 为 1-1、1-2、2-2、3-1、3-2、4-2、4-3、5-1。区内共有 5 层可采煤层，分别为 2-2、3-1、3-2、4-3、5-1煤层。其中 4-3、5-1煤层为全区可采煤层;2-2、3-1煤层为大部可采煤层;3-2煤层为局部可采煤层，可采煤层平均厚度累计9.99m，含煤系数3.5%，含煤系数低。煤的水分(Mad)4.03～11.06%，煤层灰分(Ad)平均值 7%左右，全硫平均在 0.4℅以下。发热量(Qgr，d)为 29.93～30.90MJ/kg。可选性属易选煤。抗碎强度高，化学反应性强，热稳定性好。煤中有害元素砷、氯、氟、磷含量低 ～特低，是良好的动力用煤，气化用煤，低温干馏用煤。

2 烧变岩的分布特征

杨伙盘煤矿内上部的2-2、3-1煤层沿各大沟谷煤层自燃严重，造成煤层顶板岩石遭受烘烤变色，局部已风化呈灰黄色，本文重点对上部的2-2、3-1煤层的烧变岩论述。

2.1 2-2煤层

煤层位于Ⅳ岩段顶部，是煤矿的主要可采煤层。此煤层自燃破坏十分严重，运输大巷东南翼沿黄羊城沟火烧区宽达半公里，运输大巷西北翼，煤层沿三大支沟的火烧区宽度是900～1700m，余下的煤层可采宽度是500～1000m，一个完整稳定的中厚煤层被割切得支离破碎。可采面积为14.353km2，面积可采概率53%。为大部可采煤层。煤层厚度0～3.20m，平均厚度 2.25m;可采煤层厚度 0.80 ～3.18m，平均厚度2.44m，属中厚煤层，埋深一般为0～136.48m。

2.2 3-1煤

3-1煤烧变岩面积明显少于2-2煤层，沿黄羊城沟北岸煤层自燃严重，其次在北部的石佛沟、磨石湾沟和西部的大南沟均分布有烧变岩。煤层厚度0～4.81m(含复合区)，平均厚度 2.48m;可采点 72个，可采煤厚 0.80～3.80m(含复合区)，平均厚度 2.40m，埋深一般为 0～170.95m，可采面积为 22.655km2，面积可采概率84%，为大部可采煤层。

3 煤层自燃特征

煤层受热程度不同，其自燃程度各有差异，依据煤层自燃的程度分为自燃煤、自燃残留煤和烘烤煤三种类型。偶而在自燃残留煤柱底部有与正常煤相差无几的烘烤煤。一般只有其中的一种或二种情况，三种共有的情况少见。

3.1 自燃煤

煤层燃烧时气流畅通，形成火膛，接触火膛和热力辐射所及之处的岩煤层均受到不同程度烧烘变质，其产物可通称烧变岩和烧变煤。煤层完全燃烧的产物，实质上是煤灰，表现为一种浅灰、灰白、褐色的松散物、具滑感，厚几公分至十几公分不等，密度大(1.74 ～2.20 g/m3)。

3.2 自燃残留煤

多数发生在厚煤层中，分布于紧邻自燃边界靠自燃区一侧，在煤层自燃时，由于种种原因中途熄灭，形成燃而未尽的残留煤。其特征一般为上部呈粉沫状，无光泽，宏观煤岩结构不清，类似"煤华"。中部为褐黑色或灰黑色、光泽暗淡的粒状"焦炭"，下部残留烘烤煤，或"正常煤"。一般只有其中的一种或二种情况，三种共有的情况较少见。残留煤沿自燃边界线带状分布于自燃区内侧，因煤层燃烧的条件不同，其形态及宽度也不一样。

3.3 烘烤煤

煤体受燃煤热幅射而未达到燃点，属受烘烤的煤层，呈黑色微显褐红色煤岩结构清晰，光泽略显暗淡，裂隙发育，煤层结构呈碎裂片状，块状，沿裂隙面有红色斑点及铁质薄膜，煤岩结构清晰可辨。但化学性质、工艺性能有所变化。Ad一般大于 10%，Mad大于 12%，Qgr，d一般 21～25MJ/kg。

3.4 煤层自燃测井曲线特征

随着煤变程度的增加时，视电阻率值逐渐变低。正常煤的视电阻率曲线反映呈高阻、高幅值，如2-2煤阻值483～1263Ωm。烘烤煤呈中阻，一般73～294Ωm。烧变煤呈低阻反映。煤层烧尽后的煤灰及残留物阻值最低，靠近基线，与上下围岩曲线呈马蹄形。伽玛曲线随煤变程度增加，幅值逐渐降低，密度变大。自然伽玛异常随自燃程度增加而逐渐增高，煤灰的曲线幅值与围岩相近或略高于围岩，介面不明显(图 1)。

图1 火烧煤、正常煤测井参数曲线对比图

4 煤层自燃对工作面布设的影响及控制措施

2007年提交的《杨伙盘煤矿勘探地质报告》煤层自燃边界先期开采地段范围控制在100m范围内，先期开采地段范围外，相对控制程度较低。煤矿现开采2-2、3-1煤层，特别是 2-2煤 层，20207、20208、20101、20104、20106、20107、20108、20109、20110等工作面大部在先期开采地段范围外，主运顺槽或回风顺槽不同程度均受到自燃边界的影响。

针对煤层自燃对工作面布设的影响，采用施工煤层自燃边界控制钻孔的方法进行控制。具体为沿靠近自然边界的工作面的掘进方向由内向外依次布设钻孔，根据钻孔揭露煤层情况确定工作面掘进方向煤层是否自燃及是否需要调整工作面布设，保证工作面正常掘进生产，避免盲目掘进造成经济损失。

通过2013年煤矿自燃边界控制钻孔的施工，对工作面的自燃边界进行了有效控制，很好的指导了工作面的合理布设，解放了一部分煤炭资源量。如20109和20110工作面南侧靠近自燃边界，巷道掘进受自燃边界影响的可能性较大，通过HK2013-5钻孔的施工，揭露煤层未自燃，20109和20110工作面可向南移动50m左右，北部相对远离了自燃边界，保证了工作面的正常掘进;20107和20108工作面的前方存在煤层自然边界，通过 HK2013-3、HK2013-2、HK2013-22孔的施工，揭露煤层未自燃，结合填图资料，20108工作面可向前推进150m，20107工作面可向前推进300m，两个工作面可解放煤炭资源量共计40万吨，直接经济收益达6000万元。

由此可见，工作面布设和采掘前采用钻孔控制煤层的自燃边界是行之有效的方法。

5 结论

杨伙盘煤矿地貌单元属黄土丘陵沟壑区，煤矿内沟谷纵横切割，梁峁连绵起伏，坡陡壁峭，上部煤层受地形的制约，主要在沟谷地段煤层自燃，出现自燃煤、自燃残留煤和烘烤煤三种类型，煤层顶板岩石遭受烘烤变色，形成烧变岩，局部已风化呈灰黄色。煤层可采范围仅分布在梁峁区，工作面在掘进方向上是否有煤层自燃区?工作面能否正常向前推进?都成为未知数。采用施工煤层自燃边界控制钻孔的方法进行控制，有效解决这一问题。既充分利用该区的煤炭资源，又提前探查煤层自燃区的分布范围，避免盲目掘进造成经济损失，保证工作面正常掘进生产。

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