周 洪

神華神東煤炭集團(tuán)公司地測(cè)公司，內(nèi)蒙古伊旗 017205

1 概述

煤層中經(jīng)常出現(xiàn)一層或數(shù)層夾石層，這些夾石層有的厚度不大，一般在0.03～0.1m之間，沉積較穩(wěn)定，分布范圍較廣，但對(duì)生產(chǎn)影響不大，可作為局部區(qū)域煤巖對(duì)比的標(biāo)志層。有的厚度變化較大，由0.1m～1.5m甚至更厚。使煤層變薄分叉，對(duì)工作面布置和生產(chǎn)影響較大。如何根據(jù)已揭露的夾石層特征來(lái)預(yù)測(cè)掘進(jìn)前方夾石層和煤層的變化情況從而指導(dǎo)生產(chǎn)，是擺在礦井地質(zhì)工作者面前的一項(xiàng)重要任務(wù)。

2 煤中夾石層

又叫夾矸石。是與煤層同時(shí)形成的，賦存在煤層中的一層或數(shù)層外形呈層狀，局部呈結(jié)核狀和透鏡狀的厚度小于煤分層的、由炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)、粉砂巖和鐵質(zhì)結(jié)核組成的巖石。它是原始泥炭沉積受各種地質(zhì)和地理因素影響，出現(xiàn)不同沉積間斷的一個(gè)標(biāo)志。也是煤炭生產(chǎn)過(guò)程中影響煤質(zhì)、安全、工程進(jìn)度和材料消耗的一個(gè)不可忽視的地質(zhì)體。

3 煤中夾石層的分類

神東礦區(qū)煤層中的夾石層大致可分為兩大類；一類為薄層狀的泥巖夾石層，厚度在0.03m～0.07m之間，在一定范圍內(nèi)分布，其表面一般呈褐黃色，局部為結(jié)核狀形態(tài)，具一定水平紋層、質(zhì)軟。已形成的結(jié)核體鏡下觀察其成分為粗晶顆粒狀凌鐵礦的結(jié)核體，質(zhì)較硬。泥質(zhì)物為高嶺石和粘土礦物。該層一般在煤層的中上部，較穩(wěn)定，可作為一定區(qū)域煤層對(duì)比的標(biāo)志層；另一類為泥巖和細(xì)、粉砂巖組成的夾石層。一般分為上、下兩層：上層由細(xì)、粉砂巖組成且底部有薄層狀的炭質(zhì)泥巖過(guò)度層，細(xì)、粉砂巖內(nèi)不具任何紋層構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，結(jié)構(gòu)無(wú)明顯分異現(xiàn)象，厚度不穩(wěn)定，一般向煤層分叉、變薄處增厚。下層為薄及中厚層（0.05m～0.1m）狀的泥巖，致密塊狀結(jié)構(gòu)，質(zhì)地較均一，平坦斷口；單獨(dú)存在時(shí)呈褐黃色，與炭質(zhì)泥巖和細(xì)、粉砂巖共存時(shí)呈灰黑色。具靜水環(huán)境下湖泊相沉積的特點(diǎn)。局部區(qū)域有時(shí)受沖刷被砂巖替代。

4 煤中夾石層可能的古地理形成環(huán)境

從目前礦區(qū)勘探和開采已掌握的資料中未發(fā)現(xiàn)海相沉積巖層（石灰?guī)r和泥灰?guī)r等）。

另外從已收集到的孢粉和微古生物分析表明，沒有海相成分存在。由此可以看出神東礦區(qū)的含煤地層屬陸相沉積。根據(jù)含煤地層的巖相組分等推斷，最具河流沖擊平原型的特點(diǎn)。這種沉積環(huán)境又分為河道邊緣型和河道淤積型兩種。河道邊緣型是在河谷下游和三角洲平原上游的河道邊緣地段，當(dāng)暴洪泛濫時(shí)易形成一系列的河道邊緣堤后沼澤和泛濫盆地沼澤。這些沼澤有時(shí)擴(kuò)展的很大，成為成煤的主要場(chǎng)所。沼澤中有的排水性能好，有的排水性能差。排水性能差的沼澤持續(xù)被水覆蓋，有機(jī)物連續(xù)快速堆積，沉積界面持續(xù)覆水，成為厚層泥炭聚集的適宜地點(diǎn)，易形成較厚煤層。而和河道相鄰的排水性能良好的沼澤，有機(jī)物暴露在大氣中被氧化，粘土蝕變成高嶺石，黃鐵礦也變?yōu)榱忤F礦及其它含鐵氧化物。由于作用時(shí)間短，規(guī)模小，在巖性組分和厚度上就形成了第一類薄層泥巖夾矸。此外，泥炭沼澤還經(jīng)常受到越岸洪積物和決口扇沉積物的影響，使泥炭中形成其它夾層或終止泥炭堆積。煤中常見的厚0.3m的或更厚的細(xì)粉砂巖和炭質(zhì)泥巖即為該種狀況下的產(chǎn)物，也即第二類夾矸層的形成條件。待決口扇停止發(fā)育，泥炭沼澤又迅速擴(kuò)展，煤層朝決口扇方向變薄、分叉和尖滅。

河道淤積型沼澤也是一種常見的成煤亞環(huán)境。當(dāng)沖擊平原河谷下游和三角洲平原上游沼澤地段的環(huán)狀曲流或支流河道廢棄時(shí)，易發(fā)展成湖泊而又逐漸被相鄰天然堤或洪泛帶來(lái)的碎屑物質(zhì)充填，使水逐漸變淺成為泥炭沼澤。有時(shí)在穩(wěn)定的平原上易形成厚煤層。這種沉積類型的特點(diǎn)是煤系地層在沉積時(shí)其河流類型有變化，在沉積下部砂巖帶時(shí)為瓣?duì)罨虻蛷澏刃誀睿辉诔练e上部頁(yè)巖帶時(shí)變成了高彎度曲流河；煤層大部分出現(xiàn)在上部頁(yè)巖帶中，這種變化可能是形成砂巖帶的河流，由于基底高程變化伴隨著沉積物粒度變細(xì)和數(shù)量減少，出現(xiàn)粘土頸，阻止河流側(cè)遷，初步形成穩(wěn)定的河流彎曲帶，接著逐步形成廣闊的洪泛盆地和泥炭沼澤，沼澤內(nèi)植物繁茂、生物殘?bào)w迅速垂向淤積且水位一直處于不太深也不太淺的位置，十分有利于厚煤層的形成。與此同時(shí)，泥炭沼澤內(nèi)的水流有時(shí)不免要受到局部范圍的洪泛和決口扇的影響，使煤層中出現(xiàn)朝洪泛和決口扇方向由厚變薄的細(xì)、粉砂巖和炭質(zhì)泥巖夾層，該層即為第二類夾矸的形成。先前提到的數(shù)量較少的粘土巖頸，易形成薄層狀的粘土巖夾矸層和以后在成巖過(guò)程中礦物質(zhì)重新組合在局部形成了鐵質(zhì)結(jié)核體，也即第一類夾矸石的形成條件。這也就是煤層中有的薄層夾矸僅在一定范圍存在的原因。

兩種夾矸層雖在成因上有所不同，但它們的出現(xiàn)都表明了原始沉積環(huán)境在一定區(qū)域內(nèi)動(dòng)蕩的洪泛和水流攜帶的碎屑物質(zhì)對(duì)泥炭沼澤的侵蝕、沖刷和替代，預(yù)示著煤層在某一方向和區(qū)域內(nèi)將發(fā)生一定的變化。研究其生成條件和變化規(guī)律對(duì)指導(dǎo)實(shí)際工作中的煤巖對(duì)比和提前預(yù)測(cè)煤層變化具有一定的意義。

筆者在此例舉神東煤炭集團(tuán)公司補(bǔ)連塔礦在掘進(jìn)1-2煤4盤區(qū)巷道時(shí)對(duì)煤層中出現(xiàn)的夾矸層，利用沉積環(huán)境理論和夾矸層的沉積特點(diǎn)，參照鄰近鉆孔資料成功預(yù)測(cè)掘進(jìn)前方煤層及夾矸層的變化情況以及由于對(duì)煤層分叉及煤分層的正確判定，修正了原地質(zhì)報(bào)告中將1-2下煤錯(cuò)劃為2-2上煤的情況，在此供讀者和同行們借鑒。

4.1 （示例一）

2007年6 月補(bǔ)連塔礦在掘進(jìn)12401回、運(yùn)順時(shí)由于煤層逐漸變薄，在掘到運(yùn)順69聯(lián)巷時(shí)因煤層起伏變化大在破底時(shí)發(fā)現(xiàn)下部又出現(xiàn)一層煤層，厚度在1.5m左右，與上部1-2煤間距僅0.4m～0.5m，夾石層巖性主要以細(xì)、粉砂巖為主，底部為薄層狀的灰色泥巖。與之同向掘進(jìn)的12401回順和輔巷在掘到62聯(lián)巷時(shí)打接地地錨時(shí)也發(fā)現(xiàn)了1-2煤底板下也有同樣厚度的煤層，間距為0.4m左右，夾石巖性與運(yùn)順相似。仔細(xì)研究?jī)蓪用褐g的夾石層巖性發(fā)現(xiàn)，上部的細(xì)、粉砂巖大體呈均質(zhì)塊狀、不具任何紋層構(gòu)造的層理。內(nèi)部組分均.一，組分和結(jié)構(gòu)均無(wú)分異現(xiàn)象，由此推斷是沉積物質(zhì)快速堆積來(lái)不及分異的情況下形成的陸相沉積，是典型的山前洪水陸相沉積現(xiàn)象。其夾石類型屬第二類型的煤層分叉夾矸類型。根據(jù)巷道掘進(jìn)前方夾石層有變薄的跡象，初步確定洪水沉積的決口扇方向?yàn)橛蓶|南向西北擴(kuò)散，巷道是由煤層分叉區(qū)進(jìn)入合并區(qū)，兩煤層之間的夾石層在一定位置會(huì)消失。而根據(jù)其沉積環(huán)境分析和附近鉆孔資料，巷道在進(jìn)入合并區(qū)時(shí)煤層會(huì)逐漸變薄，巷道支護(hù)也將變?yōu)槿珟r錨桿支護(hù)，相對(duì)前段已掘巷道支護(hù)效率將變低和安全系數(shù)變小。為安全掘進(jìn)，礦上依據(jù)上述分析資料果斷決定留護(hù)頂煤沿下分層掘進(jìn)。這樣既提高了掘進(jìn)速度、增大了安全系數(shù)，又可在回采時(shí)額外增加部分資源回收率，一舉兩得。最終的結(jié)果是1-2與1-2下兩層煤間的夾石層分別在掘到回順72-73聯(lián)巷和運(yùn)順92-93聯(lián)巷間消失。預(yù)先對(duì)夾石層成因類型的分析結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用中得到了很好的驗(yàn)證。由于上述新掘區(qū)域煤層分叉的出現(xiàn)，結(jié)合原井田煤層劃分的情況，將原井田地質(zhì)報(bào)告中將1-2下煤錯(cuò)劃為2-2上煤層予于更正。

4.2 （示例二）

2008年6 月，補(bǔ)連塔礦在掘進(jìn)12412運(yùn)順和12413回順時(shí)，在掘到53聯(lián)巷時(shí)煤層中部出現(xiàn)了一層褐黃色的泥巖夾石層，外形呈致密塊狀，具平坦斷口。其厚度隨掘進(jìn)長(zhǎng)度的增加有逐漸增厚的趨勢(shì)。在掘到63聯(lián)巷時(shí)其厚度由開始的0.03m變?yōu)?0.18m左右，并且在其上部又出現(xiàn)了一層灰白色的細(xì)砂巖，其厚度隨掘進(jìn)長(zhǎng)度的增加明顯增厚，但其下部的泥巖厚度變化甚微。仔細(xì)觀察巖相，其下部泥巖呈致密塊狀，組分較單一，類似靜水環(huán)境下的湖泊相沉積。上部的細(xì)、粉砂巖其內(nèi)部組分較均一，外形呈無(wú)明顯分異現(xiàn)象的塊狀結(jié)構(gòu)，與前相似，是形成于快速堆積、沉積物來(lái)不及分異情況下的洪水沉積物。由厚度逐漸增厚判斷，是決口扇越岸洪積物的前端，也即是煤層分叉的開始。鑒于12401回、運(yùn)順掘進(jìn)時(shí)的情況，參照掘進(jìn)區(qū)附近鉆孔煤巖對(duì)比資料，基本弄清了該區(qū)域煤層的賦存情況。即：掘進(jìn)前方巷道是由煤層合并區(qū)進(jìn)入分叉區(qū)（由1-2煤進(jìn)入1-2與1-2上煤分叉區(qū)域）。這一點(diǎn)與12401回、運(yùn)順掘進(jìn)時(shí)的情況正好相反。為及時(shí)準(zhǔn)確的指導(dǎo)掘進(jìn)，我們繪制了相關(guān)區(qū)域煤層分叉夾石層等厚線和1-2與1-2上煤層等厚線圖，礦上根據(jù)掘進(jìn)前方煤層賦存的預(yù)測(cè)情況及時(shí)修改了設(shè)計(jì)，將原巖石掘進(jìn)量較大的一段12413回順和12418回順改為提前與運(yùn)順平行掘進(jìn)一段距離進(jìn)入較適宜的回采煤層后再掘回撤通道和進(jìn)入12418回順掘進(jìn)，減少了半煤巖巷掘進(jìn)近600m，大大提高了工效，降低了成本，達(dá)到了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

深入分析研究和探討利用煤中夾石層的不同成因類型，對(duì)煤層對(duì)比、預(yù)測(cè)煤層分叉和尖滅，重新劃分煤層和合理布置工作面，正確指導(dǎo)生產(chǎn)掘進(jìn)、避免不必要的深孔勘探、提高礦井地質(zhì)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)、開展學(xué)術(shù)交流和業(yè)務(wù)探討、更好的服務(wù)于生產(chǎn)，有著及其重要的意義。

[1]沈襄鵬 沉煤環(huán)境對(duì)煤層煤質(zhì)及開采技術(shù)條件的控制作用[J].煤田地質(zhì)與勘探，1986(3)：8-12.