火成岩侵蚀对煤田地质的影响及开采措施研究

范文凯

摘要：郭二庄矿目前主采的9#煤层受火成岩侵蚀影响较大，侵入层位大多构成了9#煤层的顶板，并导致二采区部分煤体无法开采。火成岩的侵入增加了煤田地质的复杂性和开采的困难性，研究火成岩侵入规律及其对煤田地质的影响，有助于掌握区域火成岩构造分布，并为煤层开采与顶板管理提供依据。

关键词：火成岩;煤田地质;开采措施

火成岩又被成为岩浆岩，是地质成矿时期由岩浆活动冷却后形成的致密岩体，具有硬度高、侵入性强的特点，对于煤田地质有很大影响，是影响煤层开采的重要地质因素之一。火成岩对于煤层的影响主要是破坏了煤层的稳定性、连续性，使煤层变得断断续续，残缺不全，恶化了煤层的赋存条件;同时，火成岩侵蚀和高温烘烤作用下，临近煤层的炭化程度较高，灰分和有害成分较多，成为高变质煤，大大降低了煤的工业利用价值。郭二庄矿目前主采的9#煤层受火成岩侵蚀影响较大，侵入层位大多构成了9#煤层的顶板，并导致二采区部分煤体无法开采。火成岩的侵入增加了煤田地质的复杂性和开采的困难性，研究火成岩侵入规律及其对煤田地质的影响，有助于掌握区域火成岩构造分布，并为煤层开采与顶板管理提供依据。本文对此进行了探讨。

一、火成岩分布情况概述

郭二庄井田位于武安向斜的西翼，总体构造形态为受断层切割的单斜构造，以断裂为主，褶皱不甚发育。地层走向北北东，倾向南东～南东东，倾角10°～25°，一般15°～18°。其中9#煤层赋存于太原组底部，煤层平均厚度3.3m，地质资源储量2060万吨，设计可采储量1328.4万吨，开采水平标高-100m，服务年限14.8年。9#受火成岩侵入影响较大，根据钻孔揭露情况，评价范围内，从平面上看普遍侵入;从垂向上看，共有三层，以9#煤上下侵入最为普遍。目前开采的二采区内岩浆岩呈层状大面积侵入9#煤上部。其中一层构成9#煤直接顶板，局部地段存在岩株、岩脉状侵入煤层，破坏了9#煤层的完整性，由于闪长岩侵入体凹凸不平，不易垮落，给采面顶板管理造成不利影响。

二、火成岩侵入对矿井生产的影响分析

1、对煤质的影响

在火成岩形成阶段，高温岩浆侵入煤层，其侵蚀作用导致煤层残缺不全，多形成煤灰;在岩浆的高温烘烤作用下，附近煤层开始出现炭化变质，灰分和有害成分增多，煤质下降，大多形成天然焦和无烟煤。侵入体对其上部的煤层影响较大，这主要是由于岩浆高温气体和煤挥发时所携带热量向上扩散的原因。因此，侵入体的上部煤层也是煤变质比较严重的部位。

2、对煤层结构的破坏

火成岩的侵入具有选择层位性，一般会沿地质薄弱处侵入，而煤层和断层构造恰好是薄弱环节。因此，火成岩往往沿煤层和断层裂隙穿插侵入，使煤层的连续性遭到破坏，增加了煤层分布的复杂性，加大了开采难度。岩浆侵入体或呈孤立的不规则串珠状将煤层分割;或成若干细小分支，穿插夹杂于煤层中间，导致煤层夹矸增多，可采性变差;在岩浆侵入下，部分煤层会受到挤压作用或者是被吞蚀，继而使煤层变薄，煤层被散乱分割，地质储量减少。另一方面，火成岩侵入时产生的推挤力还会使煤层发生位移，影响煤层分布的均匀性，使煤层局部增厚或煤层间距增大，造成了矿井产量的不稳定。

3、对煤田周边岩体构造的影响

岩浆大多沿煤层和裂隙侵入，在岩浆主要侵入区域或通道附近，岩浆会吞蚀部分或全部煤层，冷却后成为煤层周边岩体结构的一部分;而在其边缘由于能量减弱，岩浆则会以散乱的薄层分枝状态穿插分割煤层，导致部分区域夹矸增多或者是无法开采。煤层周边岩体构造受岩浆侵入的直接影响，根据侵入位置的不同，也会对围岩分布和煤层开采造成不同程度的影响。在岩浆沿煤层底界侵入时构成煤层底板，在热力烘烤作用下，接近底板處的煤质炭化严重，变为天然焦;沿煤层顶界侵入时，大多构成煤层顶板，除导致顶界处煤层夹矸增多外，夹石下煤基本不受影响，开采时需要针对火成顶板坚固和抗压、抗剪强度较大的特点，采取相应的顶板管理措施;如果煤层为天然焦，但顶底板及煤层均未发现岩浆岩的话，则说明该区域曾受岩浆热力作用影响，附近会有岩浆岩存在。

4、对煤田地质环境和开采条件的影响

在岩浆侵入煤层及底界面，进行高温烘烤和自然成焦的过程中，煤层会发生热分解反应，产生大量的一氧化碳、甲烷等有害气体;煤中的一些挥发性物质也会大量逸出。这些有害气体会吸附在附近的煤体和裂隙环境中，导致煤层瓦斯含量显著增加，对煤层安全开采及瓦斯管理带来一定影响。因此，在开采火成岩附近煤层，特别是出现天然焦或是煤层有比较显著的炭化现象时，应重点关注瓦斯浓度的变化，加强通风管理和瓦斯抽排。火成岩与矿井水患治理也有很大关系，由于火成岩侵入煤层后易形成裂隙和过水通道，容易造成煤层开采过程中顶板水的涌出。此外，由于岩浆易于沿裂隙侵入，因此火成岩大规模分布时往往意味着附近断层和裂隙构造的存在，需密切关注开采条件变化，做好过断层的相关准备。

三、火成岩顶板控制对策

当岩浆侵入煤层上界面冷却后大多形成火成岩顶板，对火成岩下压煤开采带来很大影响。火成岩顶板最大的特点就是质地坚硬、整体稳定性好、抗压和抗剪能力强、不易自然垮落。因此，在火成岩顶板下开采时，随着采空区的增大容易出现大面积火成岩悬顶的问题。如果待其自然垮落的话不仅会对下部区域产生巨大破坏，形成的塌落风暴也会对周边的人员、设备等带来危害。因此，为了避免大面积火成岩悬顶的出现，必须定期进行人工强制放顶作业，这也是火成岩顶板控制和煤层安全开采的关键。需根据地质资料准确计算工作面顶板来压步距和来压强度，从而确定安全的放顶步距和相关技术参数。

参考文献：

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[2]闫海渠.邯邢煤田岩浆岩侵入体的水文地质意义[J].《中国煤炭地质》2006 （4） ：33-35