淮南新集一礦13-1煤層穩定性影響因素分析

陳 萍 殷廣標

（安徽理工大學 地球與環境學院，安徽 淮南232001）

0 前言

煤層厚度及其穩定性是決定煤礦生產的關鍵性因素之一，也是人們關注的研究課題。煤層厚度變化受原生煤層沉積環境因素和后生地質構造因素的雙重控制。 前者往往控制煤層厚度區域性變化，而在一個井田范圍內，地質構造因素更直接影響煤層厚度的變化。 構造作用是控制井田范圍內煤層厚度變化的主要地質因素[1]；煤層厚度的區域變化主要受沉積環境控制，構造主要引起煤層厚度的局部變化[2]。近來人們更多側重于研究各種褶皺構造和斷裂構造對煤層厚度的影響[3]；但是，至今尚未見研究大型推覆構造對煤層厚度影響的報道。 淮南煤田新集煤礦是勘查與開采大型推覆體掩蓋下煤層取得成功的典范。本文將以新集井田13-1 煤層為對象， 探討大型推覆構造對煤層厚度及其穩定性影響。

1 淮南煤田13-1 號煤層特征

淮南煤田二疊系上石盒子組第四含煤段13-1 號煤層是煤田內所有煤礦開采的主要煤層。 據淮南礦業集團所屬煤礦的地質資料，該煤層最小厚度1m 左右，最大厚度8～9m（少數井田達12m），平均厚度4～5m（少數井田達6m）；在各生產煤礦13-1 煤層的可采性指數都為1，變異系數小于25%（少數井田稍大），多數井田13-1 煤層屬于“穩定煤層”。

淮南煤田二疊系上石盒子組第四含煤段的沉積環境屬于網狀分流河道發育的三角洲平原，平原地形低平，其上形成了分布廣闊的泥炭沼澤。 當時本區地殼運動正處于比較穩定時期，頻率小的振蕩運動使沼澤水面上升能較長時期和植物堆積基本保持一致。由于沉積古地理和地殼運動二者相互配合， 從而形成了厚度較大而且分布穩定的13-1 煤 層[4-6]。

據上所述，在淮南煤田的各井田內部，13-1 煤層厚度和穩定性的變化主要取決于井田的地質構造。

2 新集井田13-1 煤層的厚度特征

據對新集井田98 個鉆孔資料的統計，91 個鉆孔見原地系統內13-1 煤層，7 個鉆孔的13-1 煤層因斷層通過而缺失。此外，有21 個鉆孔穿過推覆體里的煤系夾片，見有13-1 煤層。 夾片里的13-1 煤層的穩定性差，至今煤礦未予開采。

為了探討新集井田推覆構造對13-1 煤層厚度及其穩定性的影響，作為對照，統計了相鄰未受推覆構造影響的張集井田13-1 煤層的厚度資料。 煤層的厚度情況列于表1 和表2。 按照《礦井地質規程》第七條[7]，13-1 煤層穩定性評價結果見表3。

表1 新集井田13-1 煤層真厚度

表2 新集和張集井田13-1 煤層各厚度區間內煤厚點出現頻率表

表3 新集井田和張集井田13-1 煤層穩定性評定

新集井田13-1 煤層結構簡單， 35%的點沒有夾矸，36%的點只含一層夾矸，22%的點含兩層夾矸， 個別見煤點含3 層夾矸。 張集井田13-1 煤層結構也同樣簡單。 夾矸厚度不影響煤層穩定性評價。

據表1、表2、表3，以及查閱相關資料，新集井田13-1 煤層厚度具有以下特征∶

（1）在推覆體內或者在原地系統內13-1 煤層的厚度雖均有較大變化，但其可采性指數仍然為1， 這與張集井田和淮南煤田其他井田的情況相同。

（2）推覆體內13-1 煤層的厚度偏小，平均厚度只有3.68m，小于原地系統和張集井田該煤層的平均厚度5.87m。 淮南煤田多數井田13-1 煤層的平均厚度都在4～5m 之間，少數達6m。

（3）在推覆體內或者在原地系統內，13-1 煤層的變異系數都≥30%，顯著大于張集井田該煤層的變異系數（24%）。 淮南煤田多數井田13-1 煤層的變異系數小于25%。

（4）在新集井田的推覆體和原地系統內13-1 煤層厚度的離散程度大于張集井田。 推覆體內見煤點的厚度分散于1～7m 之間，其中不足三分之一見煤點的煤層厚度集中于3～4m 之間。原地系統內只有26%的見煤點煤層厚度集中于5～6m 之間，74%見煤點的煤層厚度分散于各厚度段（自1m 到9m）。 而在張集井田13-1 煤層厚度變化的情況大不一樣，近89%見煤點的厚度處于3～6m 之間，其中46%見煤點的煤層厚度集中于4～5m 之間；只有11%見煤點的厚度分散于其他厚度段。

3 影響新集井田13-1 煤層厚度變化因素探討

為表明新集井田13-1 煤層厚度變化大以及穩定性差的原因，提出以下幾點認識∶

3.1 沉積環境未對13-1 煤層厚度產生影響

據91 個鉆孔資料，在13-1 煤層底板未見砂體，煤層之下不到8m處普遍發育有平均厚度近1m 的13-1 下煤層， 其間為泥巖和炭質泥巖；13-1 下煤層的底板也為泥巖和砂質泥巖。 這表明在新集井田范圍內13-1 煤層的沉積基底是穩定的，沒有砂體影響煤層沉積。

13-1 煤層頂板巖性以泥巖為主。 在原地系統內的15 個鉆孔內13-1 煤層直接頂板見有砂巖， 但是頂板砂巖覆蓋下的煤層厚度仍然比較厚。 其中11 個鉆孔的煤層厚度超過5m，另4 個鉆孔的煤層厚度也達3.85～4.58m。由此可見，新集井田13-1 煤層沒有被頂板砂巖明顯沖刷而變薄的跡象。

3.2 與大型推覆構造有成生聯系的的層滑構造是影響煤層厚度變化大，穩定性差的主要地質因素[8-10]

在新集井田大型推覆體內部構造復雜，巖石多受擠壓變形，破碎滑面發育，并伴有一系列小型褶皺及逆沖斷層。 因此推覆體內部煤層厚度變化較大，13-1 煤層的變異系數高達34%。 新集井田阜鳳逆沖斷層面是井田滑動構造體系中的主滑動面。 在其影響下，原地系統內13煤中發育有三個次級滑面。 顯然，這兩級滑動構造對煤層厚度必定產生重大影響，以致原地系統內13-1 煤層變異系數達到30%，超過未受到大型推覆構造影響的張集井田的24%。 層滑褶皺直接造成13-1 煤層在走向和傾向上都常出現波狀起伏, 煤層厚薄懸殊，呈節狀分布。層滑斷層又直接造成煤層斷裂,98 個勘探鉆孔中就有7 個鉆孔內的13-1 煤層全部斷缺。

3.3 層滑構造對煤層的另一影響是破壞了煤層原有的結構構造，增加煤與瓦斯突出危險性

新集煤礦井下13-1 煤層中構造煤普遍發育，被定為“突出煤層”。據對65 個鉆孔測井曲線的解釋資料， 只有零星分布的4 個鉆孔內13-1 煤層的原有結構構造未遭受破壞； 其余61 個鉆孔的13-1 煤層內部都不同程度賦存有構造煤。與之對照，張集井田13-1 煤層結構構造遭受破壞的程度較差。其中煤層全部都被破壞成為粉狀構造煤的鉆孔數只占鉆孔總數的22%，大部分鉆孔里的煤層內只出現1 層到2 層厚度不一的構造煤分層，并位于煤層頂部或底部與頂底板巖石接觸部位。這顯然是煤層順頂與底滑動面，即上述次級滑動面滑動的產物。可是在37%鉆孔內的煤層中部還出現構造煤分層，表明在煤層內部還存在更次級的滑動面。這種滑動面很可能是煤層內部的泥巖夾矸或者含泥質較多的暗煤條帶的層面，順著滑動面滑動的煤分層被破壞成為粉狀構造煤。

4 結論

為探討大型推覆構造對煤層厚度變化的影響， 本文對新集井田98 個鉆孔資料作了統計與研究以及對新集井田地質構造的研究，得到以下認識∶

與淮南煤田各井田，特別是與鄰近的未受大型推覆構造影響的張集井田比較，新集井田13-1 煤層煤層可采性指數雖然為1，但是變異系數高達34%（推覆體內）和30%（原地系統內），高于張集和煤田內多數井田，煤層穩定性降為較穩定型。

（2）13-1 煤層的沉積環境以及煤層頂板砂巖對煤層厚度變化沒有顯示影響。

（3）與大型推覆構造有成生聯系的的層滑構造是影響煤層厚度變化大，穩定性差的主要地質因素。

（4）層滑構造對煤層的另一影響是破壞了煤層原有的結構構造，使煤破碎成為具有瓦斯突出危險性的構造煤分層。煤層頂和底面的次級層滑面造成在煤層頂部和底部普遍發育有厚度不一的構造煤分層。

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［2］李建松，劉沖，韓建光.煤層厚度變化的地質成因分折[J].煤礦現代化.2009,（2）∶27～28.

［3］呂大鵬.地質構造對煤層厚度的若干影響[J].中國高新技術企業，2011（9）∶117～118.

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［5］蘭昌益.淮南煤田二疊系石盒子組13 號煤層的形成條件[J].淮南礦業學院學報，1988（2）∶1～16.

［6］劉衡秋等.淮南煤田第四含煤段砂體的演化特征及對煤層厚度的控制[J].煤田地質與勘探，2005，33（1）∶7～10.

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［9］嚴家平,姚多喜,李義良.層間滑動構造引起煤層厚度變化特征的研究[J].煤炭科學技術,1997, 25 (8)∶41-43.

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