地质构造对煤层厚度的影响

　　摘要：为了正确指导煤矿的采掘工作，要求随着采掘巷道施工及时测量煤层厚度，探查煤层厚度的变化。根据淮北矿区芦岭煤矿和桃园煤矿的勘探钻孔资料和已经揭露的井下地质情况，通过对井田地质构造特征的研究，分析了影响煤层厚度变化的主要地质构造因素，对煤矿合理布置采掘巷道和选择合理的采煤方法具有一定的指导意义。

　　关键词：褶皱构造；断裂构造；煤层厚度；岩浆岩

　　煤层厚度变化是影响煤矿开采的主要因素之一，严重制约采掘工作的正常进行，造成采掘比例失调，生产成本提高，工作效率降低及井田煤炭储量减少等。为了准确计算煤炭储量和合理布置采掘工程，要求在生产过程中尽可能正确地鉴别煤层厚度变化的地质特征，以便较好地预测煤厚变化的规律，确保煤炭资源合理开采和充分利用。因此，研究地质构造对煤层厚度变化的影响具有重要的理论和实际意义。

　　1 概述

　　按照传统理论，煤层厚度变化原因可分为原生变化和后生变化两类。煤层厚度的原生变化包括聚煤拗陷基底不均衡沉降而引起煤层分叉、变薄，沉积环境和古地理对煤层形态和煤层厚度的影响，以及河流、海水对煤层的同生冲刷剥蚀等。煤层厚度的后生变化主要包括河流对煤层的冲蚀，摺皱和断裂构造变动引起的煤层加厚和变薄，岩浆侵入吞食煤层和引起煤厚的不规则变化以及冰川活动对煤层的挤压刨蚀，岩溶作用形成的柱状陷落。本论文主要从后生的地质构造变动、岩浆侵入活动和岩溶陷落等因素分析了其对煤层厚度变化产生的影响。

　　2 地质构造对煤层厚度的影响

　　2.1 褶皱构造时煤层厚度的影响

　　在地壳运动影响下，岩层受水平方向挤压力的长期作用发生塑性变形，而形成波状弯曲，这种构造形态称为褶皱构造。褶皱构造中的一个弯曲称为裙曲，它是组成褶皱构造的基本单位，褶曲主要有两种基本形态：背斜和向斜。由于煤层本身比较松软，在构造应力影响下，容易发生塑性流动和变形，导致煤层产生局部加厚、变薄及尖灭，褶皱构造变动对煤层厚度的影响更加明显。

　　在水平挤压力作用下，煤层形成褶皱的同时，由于摺曲两翼受力大于轴部，煤由压力大的地方向压力小的地方发生塑性流动，造成背、向斜轴部煤层增厚，两翼煤层变薄(见图1a)。若在垂直压力作用下，褶曲轴部压力大于两翼，此时背斜轴部煤层厚度变薄，而两翼煤层增厚(见图1b)。

图1 在地应力作用下的褶曲及其煤层厚度变化特征

　　芦岭煤矿位于宿东矿区的东南部，矿区内发育了7组波状褶皱，如小史家背斜，王格庄向斜，松井王背斜等。在图2中看到的是芦岭矿Ⅱ81采区发育的小史家背斜，其轴向为北西方向。据开采资料表明，煤层厚度变化具有一定的规律，即：Ⅱ8煤层多在褶曲轴部增厚，而在两翼变薄，如轴部的79-20勘探钻孔探测煤层厚度为32.22m，138勘探钻孔探测煤层厚度为41.27m；而翼部的3探勘钻孔和81-13勘探钻孔探测煤层厚度分别为15.24m和7.66m。同样地，从地质统计资料看，在其它的背斜和向斜也有类似的特点。可以看出，在小史家背斜的轴部和两翼煤层厚度变化较大，分析其原因主要是褶皱受到西南和东北方向挤压应力作用。在褶皱形成过程中，由于轴部压力小，煤体向轴部发生塑性流动，因而煤层厚度增大；在褶皱两翼煤层变薄，从煤层结构遭受破坏程度可知煤层受过较大的压力挤压。

图2 芦岭矿Ⅱ81采空区地质图(部分)

　　2.2 断裂构造对煤层犀度的影响

　　岩层受力后发生变形，当作用力达到或超过岩层的强度极限时，岩层的连续完整性受到破坏，在岩层的一定部位和一定方向上产生断裂。岩层断裂后，其破裂面两侧的岩块有显著位移的就称为断层，无显著位移的就称为节理，它们统称为断裂构造。

　　断裂构造对煤层厚度的影响一般没有褶皱构造显著，仅在断层附近出现煤层的加厚带或变薄带。一些正断层由于引张拖拽作用，可导致断层附近上、下盘煤层厚度变薄；而一些逆断层两侧可能出现煤层的逆掩重叠或挤压聚集，形成厚煤带。

　　从图3可以看出，在F14正断层(倾角60o，落差20m)附近，煤层厚度仅为5.41m，远离断层煤层逐渐增厚，在勘探钻孔2孔位置。煤层厚度已经达到11.24m；从图4中可以看出，在FD10逆断层(倾角55o，落差H=10～35m)附近，勘探钻孔91-5孔附近煤层厚度为12.67m，而在远离断层的勘探钻孔3孔，煤层厚度为8.22m。

图3 芦岭矿Ⅱ8采空区F₁₄正断层附近地质图(部分)

图4 芦岭矿Ⅱ8采空区FD₁₀正断层附近地质图(部分)

    据统计，芦岭矿井田内已查明落差大于10m的大断层有45条，断层走向以南北向为主，其中正断层19条，逆断层26条；落差100m以上的断层有条10条；落差在30～100m之间的有12条，落差小于30m的23条。落差大于20m的断层多作为采区的自然边界使用。大中型断层主要是以近SN向和NE向的斜切正断层为主，高角度正断层占60%以上，其力学性质多具扭动性质。中小断层及滑动构造较为发育，构造面多具细腻致密的构造膜泥，封闭性较好，推压扭搓特征明显。在实际工作中发现，煤层受断层影响变化规律和上述分析一致，并且断层的落差越大，煤层变薄范围也越大；断层切过煤层顶底板岩石的强度越小，则煤层变薄范围越小；断层倾角越大，则煤层变化范围越小。

    3 岩浆侵入对煤层厚度的影响

    岩浆侵入煤层，使煤层形态和厚度发生很大变化，煤层原始结构和煤质遭到破坏，甚至大片煤层被吞食或变成天然焦，给矿井采掘生产带来严重困难。岩浆侵入对煤层的破坏程度受很多因素影响，总的说来，岩浆侵入的规模、岩性和产状对煤层破坏的影响最为重要。

    岩浆以岩床状侵人煤系地层后，将煤层分为两层或多层，侵入部位也各不相同，具体的讲可以分为四种类型。

    (1)底板侵入型。岩浆沿煤层底部侵入，在岩床之上保存有层状或似层状煤层，岩床之下为煤线或灰质页岩。

    (2)顶板侵入型。岩浆沿煤层顶部侵入，在岩床之下保存有层状或似层状可采煤层。

    (3)中间侵入型。岩浆沿煤层中间侵入，由于岩浆的流动性和波动性，煤层分叉成两层或多层，各分层可采性受原始沉积厚度的控制。

    (4)顶底板侵入型。岩浆沿煤层顶底板同时侵入，受岩浆高温性和推挤性影响，上下岩床之间保存有藕节状、串珠状或鸡窝状大小不等的煤体。

    淮北桃园煤矿位于宿南向斜西翼的北段，侵入本矿井的岩浆体属脉岩，均呈小型岩床状产出。平面上呈片状或树枝状。侵入10煤层的云斜煌斑岩厚度变化不大，从0.30～2.40m，一般在1.40～1.8m。侵入中部煤组岩浆岩厚度稍大，从1～20.4m，一般7～13m左右。岩浆多为顺煤层侵入，也有侵入于煤层顶、底板中的。煤层被岩浆穿插，出现“分叉合并”，煤层夹矸增多，结构复杂。岩浆对煤层有一定的推挤和熔蚀作用，受岩浆侵蚀的残留煤层利用厚度一般要小于正常煤层的厚度。例如，桃园矿10煤层，无岩浆影响区见煤点平均厚度为3.04m，受岩浆侵入区仅少部分见煤点可采。

    4 结论

    引起煤层厚度变化的原因是多方面的，煤层厚度变化常是多种因素复合作用的结果，只是其中某种因索起主导作用。在裙皱和断层均发育的地区，煤层厚度变化受断层和褶皱双重影响，增厚、变薄、分叉、尖灭现象频繁，煤层常呈透镜状、藕节状、串珠状等。对同一矿区来说，地质构造运动影响煤层厚度变化基本规律不变，可以根据已经开采的煤层厚度变化和地质构造的关系，来推测深部未开采的煤层遭遇同样地质构造的煤层厚度变化规律，对有效地组织生产，合理地布局井下采掘生产巷道，提高采掘效率有一定的指导意义。