程勇國(guó)

(安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì) 安徽宿州 234000)

孫疃煤礦10煤層厚度變化影響因素分析與研究

程勇國(guó)

(安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì) 安徽宿州 234000)

為了研究孫疃礦10煤層厚度變化的特點(diǎn)，對(duì)10煤層厚度、夾矸層數(shù)及厚度和頂?shù)装鍘r性分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，研究了沉積環(huán)境、沼澤基底不均衡沉降和河流的同期沖刷后期構(gòu)造變動(dòng)、基底不平等方面，得出沉積環(huán)境、后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、沼澤基底不均衡沉降是影響孫疃煤礦10煤層厚度變化的主要因素，為合理利用煤炭資源具有重大的意義。

孫疃礦；厚度變化；影響因素；

孫疃煤礦10煤層為礦井主采煤層賦存于山西組中部，上距鋁質(zhì)泥巖約54m，下距太原組一灰頂界面約61m左右。煤層厚度0m-5.38 m，平均2.58 m；井巷及井筒見(jiàn)煤點(diǎn)6個(gè)，煤厚2.4m-3.5m,平均3.16m。可采區(qū)煤厚一般在1.6m-3.3 m之間，屬中厚-厚煤層，以中厚煤層為主；井巷見(jiàn)煤點(diǎn)5個(gè)，煤層厚度2.4m-3.5m，平均厚3.12 m；不可采區(qū)和變薄區(qū)，分布在沖刷帶內(nèi)，該煤層一般不含夾矸，小部分含一層夾矸，單孔夾矸厚度0.19 m-0.53 m，平均0.22 m，夾矸層數(shù)一般為1層，夾矸厚度為0.19 m-0.53 m，平均厚度為0.22 m，煤層的可采性指數(shù)為0.93；面積可采率為95%、煤層厚度變異系數(shù)為38，煤層結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)單；煤層穩(wěn)定類型為較穩(wěn)定。

1 孫疃煤礦沉積環(huán)境

孫疃煤礦10煤層沉積環(huán)境為濱海平原泥炭沼澤，成煤前的潮坪沉積為10煤層的形成提供了一個(gè)良好的聚煤場(chǎng)所，厚度變化受到沉積亞相分布的控制，經(jīng)過(guò)對(duì)整個(gè)井田的鉆孔資料統(tǒng)計(jì)分析，10煤層層位被0.09 m-0.68 m厚的炭質(zhì)泥巖所代替，這說(shuō)明10煤層形成過(guò)程中在其不可采區(qū)域發(fā)生了相變，覆水深度較大，泥炭沼澤發(fā)育不良，成煤物質(zhì)供應(yīng)匱乏，從10煤層厚度從10煤層厚度統(tǒng)計(jì)表和surfer等值線圖(圖1)中可以看出孫疃煤礦10煤層在井田北部發(fā)育較穩(wěn)定，煤層厚度變化不大，煤層厚度一般為2.3 m-3.2 m， 在井田南部煤層厚度變化較大，煤層厚度一般為0m-5.38 m，尤其是在井田西南部，10煤層等值線較密，表明煤層厚度變化較快，東西方向來(lái)看西部煤層厚度比東部的煤層厚度要大。同理10煤層夾矸層數(shù)厚度統(tǒng)計(jì)表(表1)及其厚度surfer等值線(圖2、圖3、圖4)可以看出，10煤層夾矸層數(shù)及其厚度均大體呈正向變化關(guān)系，說(shuō)明沉積期，相對(duì)低凹的地方有利于成煤，但也易發(fā)生相變，出現(xiàn)泥炭沼澤欠補(bǔ)償狀態(tài)，泥炭堆積被泥沙堆積所代替[1]。

表1 孫疃煤礦10煤層厚度、夾矸層數(shù)及厚度統(tǒng)計(jì)表

圖2 孫疃煤礦10煤層夾矸層數(shù)等值線圖

圖3 孫疃煤礦10煤層夾矸厚度等值線圖

圖4 孫疃煤礦10煤層厚度等值線

2 孫疃煤礦沼澤基底不均衡沉降

從山西組厚度和10煤層厚度所顯示的東西向厚度的變化特征以及煤層的分岔現(xiàn)象，都是聚煤期聚煤盆地基底部均衡沉降或同沉積構(gòu)造的具體反映，說(shuō)明本區(qū)在煤系沉積期存在著東西向沼澤基底的不均衡沉降或同沉積褶皺并以東西向不均勻沉積為主[2]，它對(duì)10煤層厚度的影響往往是大范圍和宏觀上的，控制著煤層厚度變化的方向性和分帶性。孫疃煤礦10煤層在沉降期存在著沼澤基底的不均衡沉降。

3 河流的同期沖刷

煤層厚度變化除了受成煤沉積環(huán)境和沼澤基底部均衡沉降控制外，河流的同期沖刷也是導(dǎo)致10煤層厚度變薄或缺失的主要因素之一[3]。煤層沖刷一般是指水流對(duì)煤化作用前的泥炭層或之后的煤層進(jìn)行沖蝕，由砂質(zhì)沉積物充填而形成的地質(zhì)體。在煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中，形成了一些對(duì)沖刷定位及定量預(yù)測(cè)的有效方法。砂體等厚圖法簡(jiǎn)單、有效，是最常用的預(yù)測(cè)沖刷的方法 ；以下就砂體等厚圖法對(duì)孫疃10煤層的河流同期沖刷進(jìn)行分析；砂體等厚圖法是以煤層直接頂板砂體的厚度分布，作為對(duì)沖刷的定性和定量的描述。煤層直接頂板砂體的厚度、巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和形態(tài)等地質(zhì)特征反映了沖刷形成的沉積環(huán)境，尤其是砂體的厚度、粒度反映了古沖刷體的能量強(qiáng)度、持續(xù)的時(shí)間、物源供應(yīng)等。因此，煤層直接頂板砂體等厚圖的厚度高值區(qū)，可以明確的指示煤層沖刷。由于沖刷的巖性標(biāo)志主要是砂質(zhì)沉積物，在統(tǒng)計(jì)砂體厚度時(shí)，要根據(jù)情況，進(jìn)行砂體對(duì)比、分期，最后選擇距離煤層最近，對(duì)煤層影響最大的直接頂板的砂體進(jìn)行分析、研究、成圖[4]。通過(guò)對(duì)孫疃煤礦10煤層見(jiàn)煤孔，直接頂板為砂巖體的統(tǒng)計(jì)(表3)，并利用suefer8軟件制作了10煤層頂板直接頂砂體厚度等值線圖(見(jiàn)圖5)。

表3 孫疃煤礦10煤層頂板巖性統(tǒng)計(jì)表

序號(hào)孔號(hào)直覆頂板巖性厚度/m序號(hào)孔號(hào)直覆頂板巖性厚度/m113-1粉砂巖2．561826-1粉砂巖1．65314-5粗砂巖4．71926-4細(xì)砂巖5．76516-5細(xì)砂巖7．632026-8粉砂巖28．58616-7中砂巖15．202126-11細(xì)砂巖0．69717-1細(xì)砂巖0．802226-27-1中砂巖8．84818-19-2細(xì)砂巖1．482327-3中砂巖8．77918-19-4細(xì)砂巖0．602427-6細(xì)砂巖3．581019-1中砂巖14．102527-8粉砂巖3．051120-3粉砂巖10．852630-2細(xì)砂巖7．571221-3細(xì)砂巖4．242730-8粗砂巖10．021321-22-1粉砂巖5．752830-31-1細(xì)砂巖4．901423-5粉砂巖6．8029064中砂巖6．061523-6細(xì)砂巖1．2030066中砂巖10．901624-3粉砂巖3．5531070中砂巖10．911725-4粉砂巖22．8732085中砂巖20．01

圖5 孫疃煤礦10煤層頂板砂巖體厚度等值線圖

孫疃煤礦10煤層直接頂砂體厚度，整體上區(qū)域穩(wěn)定，部分區(qū)域變化較大，在井田北部分布穩(wěn)定，在16勘探線-19勘探線附近和22勘探線-23勘探線附近砂巖體厚度相對(duì)其余區(qū)域較大；在井田南部，10煤層直接頂砂體厚度由南向北逐漸變厚，按照直接頂砂體等厚圖法可以判斷，孫疃煤礦10煤層受到河流同期沖刷，在16勘探線-19勘探線附近和22勘探線-23勘探線附近受沖刷程度較大，造成本區(qū)煤層被部分沖刷，形成薄煤區(qū)域，其余區(qū)域也同樣受到不同程度的沖刷，部分地區(qū)形成無(wú)煤區(qū)域(如33-1鉆孔、30-3鉆孔、16-1鉆孔等附近造成無(wú)煤區(qū)域)，部分地區(qū)使煤層厚度變薄。總體上來(lái)看，孫疃煤礦10煤層受同期河流沖刷不是很大。

4 孫疃煤礦后期構(gòu)造變動(dòng)

后期構(gòu)造變動(dòng)往往造成煤層的局部變薄或增厚，礦井內(nèi)的構(gòu)造的主要形式是褶皺和斷裂，褶皺構(gòu)造主要變現(xiàn)為幅度不大的一系列短軸背斜和向斜，斷裂構(gòu)造主要表現(xiàn)在為規(guī)模不大的小型斷層，中性及大型斷層至今尚未發(fā)現(xiàn)的斷層[5]。根據(jù)礦井采掘?qū)嵺`，較大褶皺與煤層厚度變化關(guān)系不大，但頂壓、底鼓等微小褶曲則會(huì)影響煤厚的局部變化(見(jiàn)圖6)。造成煤層厚度變化的后期構(gòu)造主要是小斷層和層滑構(gòu)造，小斷層一般在受力部位集中，受力不均勻，在地層起伏和大斷層附近分布較多(見(jiàn)圖7)且多成組出現(xiàn)。小斷層發(fā)育影響煤層的連續(xù)性(見(jiàn)圖8)。雖然小斷層平面延伸均不長(zhǎng)，但由于有時(shí)小斷層密度較大，對(duì)煤體結(jié)構(gòu)和煤層厚度也會(huì)產(chǎn)生較大影響，給礦井正常生產(chǎn)帶來(lái)障礙。

圖6 南翼軌道大巷揭露小褶曲對(duì)煤層厚度影響示意圖

圖7 南翼回風(fēng)大巷揭露F9斷層側(cè)旁的小斷層示意圖

圖8 皮帶機(jī)檢修斜巷揭露小斷層對(duì)煤層連續(xù)性影響示意圖

5 孫疃煤礦基底不平

由于基底不平，在沉降過(guò)程中，還伴隨有小型的震蕩運(yùn)動(dòng)，在泥炭沼澤發(fā)育的初期植物遺體首先在低洼處先堆積，最后在高處堆積，泥炭層彼此隔絕，隨著泥炭層的不斷堆積加厚，加上當(dāng)時(shí)沉積的幅度和頻率的差異，在基底古地形低洼處煤層比較厚，較高處煤層比較薄[6]。在長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)化剝蝕和溶蝕等作用形成的凹凸不平的石炭系古風(fēng)化面上，發(fā)生了二疊系聚煤作用，聚煤作用的早期首先是在相對(duì)較低的區(qū)域形成一系列不連續(xù)的聚煤小凹地，造成10煤層開(kāi)始在這些聚煤小凹地最先沉積下來(lái)并起填平補(bǔ)齊的作用，通過(guò)對(duì)孫疃煤礦10煤層見(jiàn)煤孔，底板標(biāo)高進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表4)，并利用suefer軟件制作了10煤層底板標(biāo)高等值線圖(圖9)。

表4 孫疃煤礦10煤層底板標(biāo)高統(tǒng)計(jì)表

序號(hào)孔號(hào)煤層厚度/m底板序號(hào)孔號(hào)煤層厚度/m底板118-54．11247．373527-13．88224．1218-64．99745．173626-27-22．38300．3318-73．844473726-27-11．25396．7418-104．56629．523826-27-31．84459．25519-10．95245．153926-27-43．19498．48619-22．98297．44026-27-52．66532．3719-33．65399．54126-134．56866．4819-43．57466．484226-81．7701．6919-53．45581．514326-113．07616．371022-103．52576．384429--61．47653．771122-112．16428．384529-71．24568．921222-121．42271．354629-42．49475．91322-11．47243．334729-53．77400．421421-22-11．58243．334829-23．57338．951521-22-23．28347．6492912．53254．231621-22-33．87465．75028-42．53239．551721-2243．15628．775128-23．78413．81821-83．47075231-52．86508．44192143．46515．64533163．54566．57202133．45416543173．38647．2212374．04726．675530-31-23465．57222364．12705．295630-31-11．1405．32232354．09702．825730130．18337．74242342．37599．21583063．24566．8252653．77279．82593020．36482．752625-26-43．27292．75603031．56455．462725-26-13．27285．35613241．8646．22825-26-23．2400．05623251．72499．752925-26-33．42551．7633222．19420．58302563．78482．22643210．32264．15312543．96343．17653113．91264．23322511．06221．52663121．66337．49332743．47498．48673131．38410．07342723．54328．46683142433．9

可以看出10煤層厚度的變化，在煤層標(biāo)高大的地方煤層厚而標(biāo)高小的地方煤層薄，說(shuō)明基底不平對(duì)煤層厚度具有控制作用，在低洼的地區(qū)，先接受沉積并聚集了泥炭，隨著泥炭層逐漸堆積加厚，低洼處不斷被填平補(bǔ)齊，泥炭沼澤范圍逐步擴(kuò)大，逐漸使互相隔離的聚煤小凹連成一片，形成更大范圍內(nèi)的煤層。

圖9 孫疃煤礦10煤層底板標(biāo)高等值線圖

6 結(jié)論

10煤層厚度變化的原因是多方面的，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：

(1)沉積環(huán)境：10煤層形成過(guò)程中在其不可采區(qū)域發(fā)生了相變，覆水深度較大，泥炭沼澤發(fā)育不良，成煤物質(zhì)供應(yīng)匱乏，相對(duì)低凹的地方有利于成煤，但也易發(fā)生相變，出現(xiàn)泥炭沼澤欠補(bǔ)償狀態(tài)，泥炭堆積被泥沙堆積所代替。

(2)后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)：造成煤層厚度變化的后期構(gòu)造主要是小斷層和層滑構(gòu)造，小斷層一般在受力部位集中，受力不均勻，在地層起伏和大斷層附近分布較多且多成組出現(xiàn)。小斷層發(fā)育影響煤層的連續(xù)性。雖然小斷層平面延伸均不長(zhǎng)，但是由于有時(shí)小斷層密度較大，對(duì)煤體結(jié)構(gòu)和煤層厚度也會(huì)產(chǎn)生較大的影響。

(3)基底不平：相對(duì)低洼的地區(qū)，首先接受沉積并聚集了泥炭，隨著泥炭層逐漸堆積加厚，低洼處不斷被填平補(bǔ)齊，泥炭沼澤范圍逐步擴(kuò)大，逐漸使互相隔離的聚煤小凹連成一片，形成更大范圍內(nèi)的煤層。

[1] 郭鵬程.邢臺(tái)礦區(qū)南部構(gòu)造及煤層厚度變化規(guī)律研究[D].碩士學(xué)位論文,2010

[2] 王施彬.煤層厚度變化地質(zhì)成因分析[J].煤炭技術(shù),2005.6

[3] 張鄭偉.劉店煤曠10煤賦存特粧與綜采塊段選擇研究[J].碩士學(xué)位論文,2012

[4] 袁春.煤層受古河流沖刷的預(yù)測(cè)及探討[J].吉林地質(zhì),2012.1

[5] 劉娜.澄合礦區(qū)煤系沉積特征和聚煤規(guī)律[D].碩士學(xué)位論文,2010

[6] 龍榮生.礦井地質(zhì)學(xué)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1991

Analysis and Research of The Impact Factors of Suntuan 10Coal Seam Thickness Changing

CHENG Yong-guo

To research the characteristics of 10coal seam changing of suntuan, we carry on the statistics of the thickness of coal seam、layer numbers of dirt band and its thickness, make a research on sedimentary environments, the disproportion subsidence of swamp basement , riverain contemporaneous erosion, later structure events and basement uneven and so on , we come to the conclusion that it has a big influence that sedimentary environments, later structure events, the disproportion subsidence of swamp basement have a big influence on the 10coal seam changing of suntuan，it has a great significance to rational use coal resources.

suntuan mine thickness change influencing factors

2014-06-10

程勇國(guó)(1960-)，男，高級(jí)工程師，1983年畢業(yè)于淮南礦業(yè)學(xué)院煤田地質(zhì)與勘探專業(yè)，主要從事煤田地質(zhì)勘探技術(shù)與管理工作。

TD823.25

A

1672-9994(2014)03-0045-04