黄河北煤田岩浆岩侵入区内矿井地温分布规律研究——以潘店井田为例

赵元强

(山东省煤田地质局第二勘探队，山东 济宁 272000)



黄河北煤田岩浆岩侵入区内矿井地温分布规律研究
——以潘店井田为例

赵元强

(山东省煤田地质局第二勘探队，山东 济宁 272000)

通常情况下，地温会随深度增加而呈线性增加，地温影响着井下采掘工作面的环境温度。随着矿井深度的变化，空气所受到的压力状态也随之发生改变。当风流沿井巷向下流动时，空气的压力值增大。空气的压缩会出现放热(或吸热)，从而使矿井温度升高。随着矿井向深部开采，井下作业环境条件恶化，岩层温度将达到摄氏几十度的高温。新汶孙村煤矿-800m水平部分工作面温度高达30～33℃，巨野矿区龙固矿井-850m水平所有工作面温度高达34～36℃，已严重影响了工人劳动效率。黄河北煤田潘店井田东部有燕山期岩浆岩活动，含煤地层的上中下部均有岩浆岩侵入，针对岩浆岩侵蚀地区采用钻孔简易测温和近似稳态测温等手段，详细查明地温分布规律，通过区内地温资料对比发现，该区有岩浆岩侵蚀影响的地段比没有岩浆岩侵蚀的地段地温高2.6～7.2℃。

岩浆岩;地温;恒温带；黄河北煤田；潘店井田

0 引言

近年来，我国经济持续中高速稳定发展，能源需求旺盛，煤炭在国民经济中仍会占据较长时间的主导地位，煤炭生产将继续保持一定的产量，矿井开采将不断向深部延深。煤矿进入深部开采后，热害会成为矿井开采的主要难题之一。特别是受岩浆岩侵蚀的矿区地温分布状态，更是地质工作者面临的一大课题。

通常情况下，地温会随深度增加而呈线性增加，地温影响着井下采掘工作面的环境温度。随着矿井深度的变化，空气所受到的压力状态也随之发生改变。当风流沿井巷向下流动时，空气的压力值增大。空气的压缩会出现放热(或吸热)，从而使矿井温度升高。随着矿井向深部开采，井下作业环境条件恶化，岩层温度将达到摄氏几十度的高温。新汶孙村煤矿-800m水平部分工作面温度高达30～33℃，巨野矿区龙固矿井-850m水平所有工作面温度高达34～36℃，已严重影响了工人劳动效率。

黄河北煤田作为目前山东省的后备资源基地，已被列入国家煤炭资源规划区，目前，该区域内煤炭资源正处于初期开发或待开发状态，煤田内绝大部分勘查区煤层埋藏较深，且受岩浆岩侵蚀严重。该文以受岩浆岩侵蚀较严重的潘店井田为例，对地温分布情况进行分析研究，以期能摸清区域内矿井地温的分布状态，为矿井设计和开采提供依据，避免生产中因热害带来的不必要的损失。

1 地质背景

潘店井田位于山东省齐河县境内，属于黄河北煤田，行政区划隶属于齐河县和东阿县。东西长1.2～10.4km，南北宽1.0～7.4km，面积约52.97km2。

2 区内岩浆岩侵蚀情况

潘店井田东部有燕山期岩浆岩活动，根据区内实际勘探资料，对岩浆岩的种类、名称、产状、侵入时代进行了分析，并根据钻孔穿见岩浆岩情况，确定其分布范围、侵入方向。

据肉眼鉴定，井田内侵入的岩浆岩均为酸性岩浆岩，灰白色，斑状结构，斑晶为石英和斜长石，基质为浅灰—灰白色，隐晶质。根据旦镇井田资料，岩浆岩名称为花岗斑岩和花斑岩。

该区岩浆岩以岩床状，局部顺层状，或呈岩脉状不规则侵入石炭—二叠系含煤地层中。岩浆岩呈顺层状侵入主要集中在10～11煤附近，最高层位在相当于1，2煤层位置。

根据南邻的旦镇井田精查地质报告资料，该岩浆岩属燕山晚期崂山段。同位素年龄测定，绝对年龄为(83.92±1.89)～(89.51±3.13)Ma。

从岩浆岩侵入煤层层位平面分布图来看(图1)，该井田及靠近井田边界的旦镇井田有5个钻孔揭露岩浆岩。主要分布在井田东部边界和东北部。

图1 岩浆岩侵蚀范围示意图

井田内岩浆侵入层位可以分为1，2煤层、4煤层、7煤层、11煤层。单从11煤层位侵入情况分析，岩浆岩侵入由东北向西南逐渐变薄并消失，钻孔揭露厚度为4.78～45.85m(P10-1)。岩浆侵入方向应为东北方向，侵入位置从煤层中间至直接顶板，但未发现突破五灰，由此推断，该层岩浆侵入受控于五灰。井田内其他煤层，如1，2，4，7煤层，岩浆岩侵入规律基本和11煤层一致，主要侵入层位为各煤层顶板。岩浆岩厚度是东北厚，向西南逐渐消失。由此确定岩浆由东北向西南侵入[1-5]。

3 地温分布规律研究

该区有巨厚的新生代地层，主采煤层埋藏深，含煤地层以太原组灰岩及奥陶纪石灰岩为基底，岩石的裂隙和溶洞较发育，且有岩浆岩的侵入，是影响地温的主要因素，查明地温的分布情况是煤矿生产建设中的一个重要问题。因此，对区内地温的测量、分布规律及状态等非常重要[6-8]。该区的恒温点是根据相邻的旦镇井田和赵官镇井田，参考PJ2-2稳态孔确定的，深度为60m，温度大致为18℃。在恒温带以下，地温随着埋藏深度的增大而逐渐增高[9-10]，称为增温带，带主要受地球内部热量控制，各钻孔主要可采煤层底板的测温值见表1。

表1 区内各可采煤层底板测温值

3.1 垂向变化

全区平均地温梯度在2.15～3.02℃/100m之间，平均为2.63℃/100m，即该区地热增温率为1℃/38.02m。其中含煤地层的地温梯度为1.80～3.42℃/100m，平均2.70℃/100m。据11个测温孔分析，全区实测地温以P7-2孔最高，该孔在7煤层底板(标高-875.23m)为43.9℃,13煤层底板温度在该孔也最高，标高-974.95m为47.2℃。

勘查阶段所测定的地温是钻孔冲洗液与围岩平衡状态下的温度，基本上能够反映地下岩体的温度，但由于岩性成分、岩石结构、构造裂隙、水文地质条件等各种因素的影响，各地质时代的岩石地温亦各不相同。在地温曲线对比图上(图2)表现为具有一定坡度的直线或折线，说明热源主要来源于深部的热流，通过岩石以传导方式形成的，因此测温曲线呈传导型形状[11-13]。

从井田内钻孔测温结果和图2来看，位于岩浆岩侵入区的7个钻孔含煤地层地温梯度在2.53～3.42℃/100m之间，平均为2.93℃/100m，而位于侵入区之外3个钻孔的地温梯度1.80～2.32℃/100m之间，平均为2.11℃/100m，位于岩浆岩侵入区的含煤地层地温和地温梯度明显高于其他区域。

图2 钻孔地温曲线对比图

根据钻孔测温资料，在岩浆岩侵入地段内和岩浆岩侵入地段外。相同深度之间钻孔内的平均温度差分别为5.5℃，4.6℃，4.7℃，4.0℃；相同深度最高〗温度和最低温度之间的最大差值分别为7.1℃，7.2℃，7.5℃，6.9℃；最小差值分别为2.6℃，2.6℃，2.6℃，3.0℃。垂向上，在岩浆岩侵入地段内，-800m～-1178m之间温度增加最快，增加速度为3.4℃/100m；其他区间温度也在平稳增加，增加速度一般为2.78℃，通过与钻孔柱状图对比，增加速度最快的区间为岩浆岩侵入严重的区间(表2)。

在垂向上来看，在同一层煤中，地温的变化基本上是随着深度的增加而不断升高，表现为传导形增温特点；而地温梯度在纵向上随深度的增加先增加后减小，最终趋于平稳。但在受岩浆岩影响的区域，温度增加明显，地温梯度也会出现异常升高[14-16]。在同一水平的各煤层，下部的11，13煤层平均温度高于上部的7，10煤层。

表2 区内各钻孔测温值

3.2 水平变化规律

地温等值线图是研究和分析地温水平分布及变化规律的有效图件，该等值线图是按照煤层的埋藏深度及实测地温值而进行线性插值，这种分析方法在平原及低矮丘陵覆盖的勘查区比较适宜。为此绘制了13煤层底板地温等值线图(图3)，从图上划分出正常区和一、二级地温热害区、高温异常区的范围。

图3 13煤底板地温等值线图

从平面上来看，7煤层地温为35.2～44.3℃，其中高于39.5℃的地温主要集中在该区的东部区域，也就是全部位于岩浆岩侵入区域内，此区域平均温度为42℃，而在侵入区外平均温度仅为35.4℃。两者平均温度相差6.6℃。

11煤层地温为36.4～46.8℃，其中高于42.5℃的地温主要集中在该区的东部区域,全部位于岩浆岩侵入区域内，平均温度为44.8℃，而在侵入区外，平均温度仅为37.6℃。两者平均温度差达7.2℃。10煤层和13煤层也存在这样的特点。

从井田内P6-1和P6-5钻孔测温资料分析，在深度分布上，2个钻孔的7煤层、13煤层各自底板标高相差不大，其中处于岩浆岩侵入区的P6-1号孔7煤层底板标高-805.28m，地温40.8℃，而13煤层底板标高-919.09m，地温44.2℃。位于岩浆岩侵入区外边界附近的P6-5钻孔，7煤层底板标高深度为-818.20m，地温为35.2℃，而13煤层的底板标高深度为-907.861m，地温为38.2℃，两者相差较大。位于岩浆岩侵入区的含煤地层地温明显高于其他区域。

全井田7，10煤层底板地温大部分处于一级以上的高温区，仅在井田内中北部一小部分底板温度小于31℃。13煤层底板地温大部分处于二级高温区，全井田地温呈现中间高四周低的趋势。

4 结论

(1)煤层底板等温线和底板等高线基本呈平行关系，即地温会随煤层埋藏深度增加而升高。

(2)井田内各煤层不同程度地受岩浆岩侵入的影响，岩浆岩以岩脉或层状形式产出，虽然部分岩浆体活动时间距离现在较为久远，但由于规模较大，仍然能提供部分余热，加之较厚的松散层阻隔，使得深部地热流向大气，聚集在含煤地层内，使得周边围岩温度升高[17-18]。

(3)在同一深度，由于所处构造部位不同，以及受岩浆岩侵入等其他地质因素影响不同，地温梯度也就不同，倾向上的地温梯度大于走向上的地温梯度，岩浆岩喷出或侵入的地质年代越新，所保留的余热就越多，在高温岩浆余热的影响下对现今地温场的影响就越强烈，并有可能形成地温异常区[19-21]。通过区内地温资料对比发现，有岩浆岩侵蚀影响的地段比没有岩浆岩侵蚀的地段地温高2.6～7.5℃。

[1] 刘松良，郭剑萍.山东省黄河北煤田岩浆岩特征及其对煤层煤质的影响[J]．中国煤田地质，2003，15(6)：14-15.

[2] 邹汝荣.昌福山井田岩浆岩对煤层、煤质及开采的影响[J]．中国煤田地质，2002，14(3)：19-20.

[3] 谢承察.岩浆岩侵入对煤层影响的研究[J]．河北煤炭，1995，(4)：25-28.

[4] 赵民，黄春慧，汤振清，等.鲁西南主要煤田岩浆岩特征及其对煤的影响[J]．煤田地质与勘探，2000，28(2)：10-13.

[5] 范士彦，谢波.宁阳汶上煤田岩浆岩特征及对煤层煤质的影响[J]．中国煤田地质，2000，12(4)：15-17.

[6] 余恒昌.矿山地热与热害治理[M]．北京：煤炭工业出版社，1991:56-108.[7] 杨德源.矿井风流热交换[J]．煤矿安全，2003,34(增刊)：35-37.[8] 孙艳玲.煤矿热害与治理[J]．辽宁工程技术大学学报，2003,22(增刊).35-37.

[9] 谢有波.地形复杂地区煤层地温等值线绘制方法初探[J]．科学技术与工程，2009，9(9)：21-23.

[10] 韩绪山，谢波，张心彬.KARST峰丛地貌煤层地温等值线绘制新方法初探[J]．中国煤炭地质,2006,18(2):64-66.

[11] 张树光，孙树魁，张向东.热害矿井巷道温度场分布规律研究[J]．中国地质灾害与防治学报，2003,14(3):9-11.

[12] 孙树魁，张树光.埋深对井巷温度场分布影响的研究[J]．辽宁工程技术大学学报，2003，22(3)：301-302.

[13] 施尚明，赵盼，霍东凯.地温梯度研究中应该注意的问题[J]．科学技术与工程，2011，(20):36-38.

[14] 徐希强，刘善军，王伟德，等．山东省地热资源及勘查开发对策[J].山东国土资源，2015,31(5):31-35.

[15] 王浩,赵季初.鲁西北平原区地热资源开发对地下水环境的影响[J].山东国土资源,2015,31(7):36-39.

[16] 周亚醒.鲁西地区浅层地温能地热地质条件与开发利用适宜性评价[J].山东国土资源,2015,31(8):45-49.

[17] 胡玉禄,王卿,胡红文,等.地热盖层中井温梯度与地温梯度的关系及应用[J].山东国土资源,2004,20(3):9-11.

[18] 王立东,王浩,张明德,等.利津县陈庄地区干热岩地热资源存在可能性分析[J].山东国土资源,2016,32(1):33-36.

[19] 田立强，范士彦．文登地区浅部干热岩地热资源的赋存条件分析[J]．山东国土资源，2016,32(8):27-30.

[20] 李爱军，张丰，王鹏．济宁市南部地热资源初勘[J]．山东国土资源，2015,31(6):30-33.

[21] 王立东，于溪，姚英强，等．山东省无棣县地热资源回灌技术条件初探[J]．山东国土资源，2017,33(2):47-50.

Study on Distribution Law of Mines in Magmatic Rocks Erosion Area in Huanghebei Coalfield —— Taking Pandian Coalfied as an Example

ZHAO Yuanqiang

(No.2 Exploration Brigade of Shandong Provincial Coal Geology Bureau, Shandong Jining 272000, China)

Typically, ground temperature will increase linearly with the increase of depth, and ground temperature affects the underground mining working face in ambient temperature. Accompanying with the change of the depth of the mine, the stress state will change. When the dissolute flows down the shaft, the air pressure value will increase. Compressed air will be exothermic or endothermic, and cause the increase of mine temperature. Accompanying with the mining to the deep of coal mine, underground work environment will deteriorate, and strata temperature will reach a high temperature as tens of degrees centigrade. The temperature of the working surface at the depth of -800m in Suncun coal mine in Xinwen is 30～33 ℃, and all working temperature at the depth of -850m in Longgu coal well in Juye mining area is 34～36 ℃. It has seriously affected the labor efficiency of workers. There are Yanshanian magmatic activity in eastern Pandian coal well in Huang hebei coalfield, and magma intruded in the upper, middle and lower parts of coal-bearing strata. In view of the magmatic rock erosion region, by using simple drilling test and approximate method of steady state temperature, distribution law of ground temperature has been identified in detail. Through comparision of ground temperature data in this area, it is found that the temperature in magma erosion area is higher as 2.6～7.2 ℃ than that in no magma erosion area.

Magmatic rocks; ground temperature; isothermal zone; the Yellow River coalfield; Pandian coalfield

2017-01-07；

2017-03-17；编辑：陶卫卫

赵元强(1979—)，男，山东蒙阴人，工程师，主要从事水文与水资源工程工作；E-mail:zhaoyq2425@126.com

赵元强.黄河北煤田岩浆岩侵入区内矿井地温分布规律研究——以潘店井田为例[J].山东国土资源，2017,33(7)：50-54.ZHAO Yuanqiang.Study on Distribution Law of Mines in Magmatic Rocks Erosion Area in Huanghebei Coalfield—— Taking Pandian Coalfied as an Example[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(7)：50-54.

TD727

B

①山东煤炭地质工程勘察研究院,山东省齐河县潘店区煤炭勘探,2006年。