煤層厚度的主要影響因素探究

豆維維

（山西地寶能源有限公司，山西 太原 030045）

在經濟社會發展過程中，煤礦開采工作發揮著十分重要的作用。雖然我國煤礦開采作業的起步時間很早，但因個別地區的煤層過厚，致使煤礦無法順利、高效開采。不僅如此，地質構造的不同對煤層厚度也有著極大的影響，通過大量研究發現，不同的地質構造對煤層的影響極大，且不同的影響因素都會對煤層開采作業產生嚴重影響，如沉積環境、斷層構造等。

1 工程概況

銅川礦業金華山煤礦地處渭北煤田南部，距離銅川市有20 km，該井田長5 km 左右，寬4 km 左右，占地面積約21.7 km2。據了解，礦山開發煤層主要為石炭紀太原群5 號，該煤層開采頂板往往會受二疊紀山西組承壓水層的影響，深度遠高于承壓水高程[1]。在金華山礦井中，開拓巷道與回采巷道等存在緊密的聯系，而回采工作面卻經常出現煤層變薄、變厚等問題，如果煤層厚度發生變化，無論是對作業面的回采操作，還是對巷道掘進施工都有著嚴重影響，針對此，煤礦企業必須合理采取巷道支護措施，如若情況較為嚴重，則會使采掘部署無法實施。在此背景下，本文結合采掘揭露資料，對影響煤層厚度的相關因素進行了分析，發現地質構造不平、構造變動，尤其是斷裂構造等都會對煤層厚度產生影響。

2 地質構造對煤層的影響分析

2.1 泥炭沼澤基地不平

在煤礦開采作業中，煤層經常受到泥炭沼澤基地不平的影響，這不僅會增加或減少煤層厚度，甚至會出現煤層殲滅問題。煤礦工作面底部起伏變化大，頂層較為平坦，煤層變薄的方向和底板凸起的方向一致，并且厚度變化呈現出漸變態勢，依據煤層底板接觸面，可發現煤層的層理被截斷。如礦東3603 綜采工作面，在回采作業中發生了底鼓問題（見圖1），工作面地層夾矸不連續被截斷[2]。

圖1 綜采工作面回采期間出現的底鼓問題

2.2 河流同生沖蝕

據了解，煤礦工作面的煤層存在透鏡狀沖蝕帶巖體，煤層厚度很薄，甚至出現很多夾石層，期間有大量的砂質泥巖與粉砂巖煤，煤層中間也有大量的沖刷物，而煤層與沖刷物都在同一層頂板。就如礦西3208 工作面在回采作業前期，工作面存在很多夾矸層（見圖2），煤層厚度也急劇變薄，據調查，夾矸層間存在很多黃鐵礦結核[3]。

圖2 工作面回采初期夾矸層情況

2.3 煤系后生沖蝕

在煤系后生沖蝕影響下，煤層是以條帶狀趨勢進行變化的，并且煤層變薄的范圍極廣，是以定向分布的形式進行變化。據了解，5 號煤礦的上層碳質泥巖夾矸受到了沖蝕巖體的破壞，不過煤層頂板并未受到影響，而沖蝕面猶如鍋底形狀。以煤礦東側3603綜采工作面為例，在回采到170 m 時，工作面70 架處頂板進入工作面，被作業人員誤視為頂板壓梁，但經進一步跟蹤發現，煤層的上夾矸發生中斷情況，而直接頂巖性和下降段巖性的砂質不同，且與煤層共在一個頂板，具體沖蝕情況如圖3 所示。

圖3 綜采工作面后生沖蝕現象

2.4 地質構造變動

2.4.1 斷裂構造

在實踐作業中，煤層頂底板巖層存在很多裂隙，而且煤層產狀變化較大，頂底板還出現不平行問題，結構變化滑面不斷增多。在開展掘進工作時，煤層頂底板易發生頂板下降、底板上升問題，甚至會導致工作面變成全巖巷道。以3101 工作面為例，在掘進作業時頂板降到了工作面，導致工作面變成半煤巖，通過對工作面持續觀測，發現其是斜交正斷層要求下扎攆煤，相關煤層情況如圖4 所示。

圖4 受斷裂構造影響的煤層情況

又或者是3604 通風巷，在開展掘進作業時只有一個工作面是全巖，通過觀測工作面發現其屬于灰色砂質泥巖，其中有大量的云母碎片，初步判斷此工作面是5 號煤層頂板巖性，通過將其與柱狀圖對比，斷定此斷層是上盤下降之正斷層。

2.4.2 層間滑動

煤層結構在遭受破壞后，會出現大量裂隙，裂隙面上也會存在擦痕。通常情況下，煤層地質較為松軟，有的甚至為粉末狀，煤層厚度也是以條帶狀沿著構造方向不斷變化。如3209 綜采工作面，在回采作業前期經常出現薄煤帶，局部還存在煤層揉搓面，在地質構造應力的作用下煤層處于酥軟狀態，并且在90 架處頂板發生突增并進入工作面。

2.4.3 褶皺構造

因地殼處于運動狀態，巖層間的水平被打破，在此背景下，施加在巖層表面的垂直壓力發生變化，此變化對煤層有著較大的影響，甚至會導致煤層發生形變，如煤層會呈現出波狀彎曲態勢。相較于其他影響因素，褶皺構造不會破壞煤層連續性，只是受地殼運動的影響而出現煤層變形，并不會改變或造成斷層問題。并且此變形存在一定規律，如呈波狀彎曲形態。通常情況下，褶皺構造分為向斜、背斜兩種形態，由于地殼運動形成的壓力不同，在方向、力度等方面也有很大差別，而煤層不同于巖層，煤層本就較為松軟，所以一旦受到外界壓力作用很容易發生變形，或是出現擠壓現象。因此，褶皺構造的出現會使煤層受到外界壓力作用而出現不同程度的變形，且此變化極為明顯。

此外，地表運動會形成較大的垂直作用力，受此作用力影響，導致煤層褶皺區域褶曲軸受力過大，再加上兩翼部位受力較小，所以會出現褶皺兩翼變厚、軸部變薄等問題。反之，若煤層受到的作用力是橫向壓力，那么煤層褶皺處的兩翼部位會高過軸部，這樣便會導致煤層出現塑性流動情況，而煤層褶皺兩翼層會不斷變薄，軸部厚度會逐漸增大。據資料調查，如果煤炭褶皺大且不對稱，在受到不同壓力的影響下，煤層會發生不同程度的變化，這不僅不利于煤層開采作業，還會對作業人員的生命財產安全造成威脅。若煤層局部區域變厚或變薄，也會加大工程作業的難度，而這不僅會導致煤層回采率下降，還會造成大量資源被浪費。

2.4.4 沉積環境

在分析沉積作用對煤層厚度產生的影響時，煤礦企業需對以下方面進行考慮：

1）沉積環境對煤層厚度產生的影響。如今人們生活的陸地在千萬年前是一片海洋，如今的海洋地區在早期可能是一片峻峰。隨著千萬年的演化、發育，地球的地形也在不斷變化，而煤層的厚度也會隨著地形的改變而發生變動。由于古地形的演化發育會受很多因素的影響，所以也會出現起伏不平等問題，而隨著地形起伏的不同，煤層厚度也會出現顯著變化[4]。就如一些地區在受古地形演化后，會出現煤層底板不平的問題，但煤層的頂板卻未受影響，一直處于平坦狀態。

2）沉積斷層對煤層厚度產生的影響。沉積斷裂活動造成的煤層厚度變化是結合地殼運動理論得出的。在受到地殼運動的作用時，煤層會發生變化，而在此變化期間，地殼運動形成的力會導致煤層出現不同程度的斷裂情況，一旦出現嚴重斷裂，煤層兩側勢必會發生沉降問題，而斷裂區域兩側的煤層厚度也會發生明顯變化。通常情況下，厚度較大的煤層會出現在下降斷層中，厚度小的煤層會出現在上升斷層中。

2.4.5 巖漿巖侵入

如今，我國超過30%的煤礦資源都發生了巖漿巖侵入問題，而此問題一旦出現，必然會對煤層產生嚴重性破壞，如破壞煤層的連續性、完整性。同時受此影響，煤礦的開采難度會急劇增加，而煤礦資源的利用率也會大大降低。此外，如若煤層遭受巖漿巖侵入，不僅煤層質量會下降，各種指標數據也會發生變化，這無疑會增加煤礦開發和利用的難度[5]。巖層在遭受巖漿巖侵入前質量極佳，并且有著較大的應用價值，但一旦被巖漿巖侵入，煤炭極易變成天然焦炭，而其自身的工業價值也會大幅降低。同時巖漿巖侵入煤層還會產生吞噬影響，這不僅會降低煤層厚度，還會改變其結構，從而變得更加復雜。據了解，很多煤層在受到巖漿巖侵入后結構都出現了無規則情況，所以在開采煤礦的過程中，煤礦企業要先了解巖漿巖對煤層的侵入程度，這樣才有利于后續開采工作的進行。

3 地質構造形成分析

3.1 泥炭沼澤基地不平

若處于煤炭堆積時期，泥炭沼澤基地無法達到完全水平狀態，經常會出現起伏情況。在沼澤發育前期階段，植物的遺骸會堆留在低洼區域，從而形成泥炭層并相互隔絕，而由于形成的煤層厚度較薄，所以極易出現殲滅情況，不過隨著泥炭層的堆積，煤層會不斷變厚，進而再次連成一片。

3.2 河流沖蝕

煤層形成期間常會受到河流的沖蝕，有的是在形成期間受到沖蝕，有的是在頂板形成前，這也被稱為同生沖蝕。

3.3 地質構造變動

煤層形成后會受到地殼運動作用，在煤層遭受地質構造擠壓時，因煤層要軟于上下巖層，在龐大壓力的作用下煤層很容易發生塑性流變，并且會向壓力小的區域匯集，所以煤層的厚度會發生較大的變化[6]。

4 結語

煤層厚度的變化不僅是受單個因素的影響，而是多個因素聯合影響造成的。而對于銅礦山的不同煤層與部位，其引起煤層厚度發生變化的因素也不一樣。有些煤層變化屬于原生變化，有些是受沖蝕或構造擠壓發生變化，所以在煤礦開采作業的過程中，煤礦企業必須綜合分析上述情況，只有這樣企業才能精準掌握煤層厚度的變化特點，從而使煤礦采掘工作順利、有序進行。