煤層厚度

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目錄

什麼是煤層厚度[1]

  煤層厚度是指煤層頂底板岩石之間的垂直距離。

煤層厚度的測量[2]

  生產礦井煤層厚度探測,一般按工作面情況來佈置任務。

  1.掘進煤層巷道

  不管是還是半煤岩巷還是岩巷,已經掘進的煤層巷道中煤層基本出露,在測量其厚度時可以直接用皮尺或鋼卷尺垂直煤層頂、底板的層面直接測量煤層的真厚度。如果掘進煤層巷道為煤巷或有煤層分又時,可以用鑽探或巷探來探測煤層的全部厚度。

  2.回采工作面

  同採工作面煤層厚度探測工作中,要註意工作面煤層探測點之間的距離,其沿走向的間距一般為5 m~10 m,具體情況可以視煤層厚度變化而定;煤層厚度前後探測2次。在工作面探測煤層厚度時.回采第一分層要儘量能控制全部厚度,一次性探測到煤層的底板;同採一個分層時,可以探測下一分層的厚度,依次按順序進行。

  由於煤層測量要求真厚度,且井下地質情況複雜,在煤層探測過程中一定要註意以下幾點:一是探煤釺子應垂直煤層頂、底板層面鑽進;二是用煤電鑽向下探煤時,要經常提拉釺桿,清除煤粉,查看返出的頂、底板岩粉,防止卡鑽;三是探複雜結構煤層時,要根據夾石層與頂底板的岩石硬度不同,岩石性質差異來判別它們的位置及煤與矸石的厚度;四是測量下探煤厚的深度時,每鑽進1 m釺桿,要扣去10 cm;工作面探煤厚的時間,應安排在鋪設分層假頂和放頂之前。

煤層厚度變化的控制因素[2]

  煤層厚度計算時,常用的有幾種厚度概念:一是煤層頂、底板之間各煤分層和夾石層厚度的總和,即總厚度;二是指在現代經濟技條件下適於開采的煤層厚度,即可採厚度;三是指煤層頂、底板之間各煤分層厚度的總和,即有益厚度;四是按照國家目前有關技術政策,依據煤種、產狀開采方式和不同地區的資源條件規定的可採厚度的下限標準,即最低可採厚度。按照有關規定,煤層又分極薄、薄、中厚、厚、特厚5類,一般而言,極溥煤層<0.8 m,薄煤層≤1.3 m,1.3 m<中厚煤層≤3.5m,厚煤層>3.5m,特厚煤層>6m。

  引起煤厚變化的地質因素比較複雜,主要包括原生變化和後生變化。原生變化指在煤層頂板岩層的沉積物形成之前由於泥炭層受各種地質作用影響而引起的煤層形態和厚度的變化,其影響因素有沉積環境、古地形(沼澤基底不平)、聚煤拗陷基底不均衡沉降、河流、海水的同生沖蝕作用等;後生變化指泥炭層被頂板沉積物覆蓋以後煤層和頂板一起經受各種地質作用而引起的變化,其影響因素有河流的後生剝蝕、褶皺和斷裂構造、岩漿侵入和冰川活動、岩溶作用形成的陷落柱等。

影響煤層厚度變化的成因[3]

  1.褶皺構造對煤層厚度的影響

  在地殼運動影響下,岩層受水平方向擠壓力的長期作用發生塑性變形,而形成波狀彎曲,這種構造形態稱為褶皺構造。煤層本身比較鬆軟,在構造應力的影響下,容易發生塑性流動和變形,導致煤層產生局部加厚、變薄及尖滅等,褶皺構造變動對煤層厚度的影響較明顯。

  在垂直壓力作用下,褶曲軸部壓力大於兩翼,此時背斜軸部煤層厚度變薄,而兩翼煤層增厚;在水平擠壓力作用下,煤層形成褶皺的同時,由於褶曲兩翼受力大於軸部,煤由壓力大的地方向壓力小的地方發生塑性流動,造成背、向斜軸部煤層增厚,兩翼煤層變薄,有時可形成串珠狀或藕節狀煤層。煤厚構造變化往往發生在劇烈褶皺的煤田中,而且主要與不對稱、不協調和擠壓緊密的褶皺,大型褶皺中的次級波狀小褶皺,以及撓曲轉折端有關。在縱彎褶皺作用下.向斜核部和背斜頂部每層厚度增大,但褶皺翼部變薄;在橫彎褶皺作用下,向斜槽部增厚,背斜頂部變薄,褶皺翼部介於兩者之間。在滑褶穿刺體的前端, 由於強烈的擠壓而使煤層發生塑性流變,使該點的煤厚明顯增大,可能會接近正常煤厚的幾倍。由於滑褶穿刺體位於煤層內部,其上、下依舊殘餘有煤,以致於在掘進過程中誤認為兩個煤層。滑褶造成的對煤層穿刺應屬於層間滑動構造作用伴生的構造類型,當包括煤層頂底板在內的岩層遭受層間剪切作用時,由於岩體質量不均一性或早期裂隙面的存在等因素在局部產生不協調褶皺。又因煤層較其它岩層軟弱而易成為褶皺穿刺層位,隨著層間剪切作用的加強,小褶皺軸面傾角度變小而使頂(底)板岩層不斷進入煤層。尤其是在頂尤其是在頂f底)板岩層薄而脆弱的條件下,沿褶皺軸面更易裙斷而有利於穿刺作用的發展。受褶皺等後期構造的影響,煤層發生朔性流動,出現揉皺、搓碎和鏡面滑動,造成煤層增厚或變薄,不但在剖面上而且在平面上呈現“S”型形態,出現不可採段或不可採點,在走向上呈不規則變化,傾向上往深部變薄,在構造軸部增厚,而在翼部,煤層變薄甚至尖滅,並常沿褶皺傾伏方向形成構造壓薄帶,給煤層的開采造成困難。由於受到褶皺的破壞,井田內的煤層塊煤率低,往往可見光滑的擠壓面,褶皺的反常翼,甚至達不到可採的厚度。

  2.斷裂構造對煤層厚度的影響

  斷裂構造對煤層厚度的影響較褶皺構造而言稍微較弱一點,表現在斷層的性質、產狀、分佈密度等不同程度地影響煤層的空間分佈和厚度及深度變化。

  斷層引起的煤厚變化直接破壞了煤層的連續性,增加了開采的難度。在斷層附近,煤層厚度都會出現不同程度的加厚帶和變薄帶現象,一些逆斷層兩側可能出現煤層的逆掩重疊或擠壓聚集,形成厚煤帶;而一些正斷層由於引張拖拽作用,可導致斷層附近上、下盤煤層厚度變薄。

  對煤層影響較大的斷層一般均為褶曲伴生的斷層,即主構造為褶曲,伴生構造為斷層。該項因素分褶曲為背斜和向斜兩種情況進行分析。主構造為背斜,煤層頂板受拉應力破壞,斷層層面為張性裂隙,充填物比較發育,斷層裂隙含水量較大,斷層破碎帶較寬,煤層頂板極其破碎;主構造為向斜,則頂板受壓應力破壞,斷層層面為閉合裂隙,膠結性好,一般無裂隙水,斷層破碎帶無或非常狹小,對煤層頂板影響較小。

  (1)逆斷層構造對煤厚變化的影響

  在有些發育的逆斷層中,有一種“z”字或反“z”字形斷層,為逆斷層,它將煤層頂板折斷或底板折斷,構造力沿煤層薄弱面運移、消失,造成煤層在受力區變薄或尖滅。

  (2)層間滑動構造對煤層厚度變化特征

  層間滑動引起的煤層厚度變化煤系地層受側向擠壓後,柔性的軟岩層如煤層等便產生柔性流動或層間滑動形成類似雞窩狀的煤層。其煤層變化特征一般表現為:原生結構破壞層內滑動鏡面發育,煤層灰分增加。

  滑動構造總體位於煤層相鄰的岩層內或煤層中,滑面或位於煤層內、或位於頂板或底板岩層內。位於煤層頂底板相鄰岩層內的層間滑動往往對煤產生剪切擠壓,造成煤厚變薄。滑面的起伏變化對煤層常造成構造侵蝕。有時,層間滑動還可伴生滑褶構造,使煤層頂板或底板穿刺到煤層內,造成煤層嚴重擠壓、揉皺變形等。在含煤岩系中,煤具有岩性軟、強度低、空隙多、密度小、易發生變形變質的特點,特別是位於頂、底板較為強硬岩層之間的煤.更容易發生結構、形態和體積的變化。根據礦層間滑動構造的分佈特征和對煤體破壞方式不同,可將由層間措動構造伴生的煤厚變化劃分為滑動切蝕、剪切壓薄和滑褶穿刺3種類型。

  ①滑動切蝕型。當發育於煤層夾角較小的低角度斷層或順層的層間滑動構造面有較小的角度變化時,常對煤層造成切蝕變薄。受這類構造作用影響的煤層一般都有較明顯的錯動面。煤層可以受錯動、揉皺而出現薄層構造煤。有時這一錯動面並非明顯。一般易將一些分佈在頂、底板的不明顯滑動面造成的煤厚變薄認為沉積變薄。

  ②剪切壓薄型。位於剪切帶的煤層受頂、底板滑動的剪切作用時,產生一組斜交於滑面的剪裂面,在剪裂面兩側的煤體發生不同程度的錯落滑移,使煤體結構和煤層厚度發生變化。這種類型煤層的頂、底板基本平行,煤層內僅僅是一組斜交於層面(滑面)的剪裂面。因此,煤層的厚度雖變薄,但原生構造如層理仍斷續分佈。

  ③滑褶穿刺型。由煤層及相鄰岩層的滑褶作用造成頂底板對煤層的穿刺擠壓,使煤層的形態極不規則,厚薄突變,並有局部的分叉合併現象,或煤層內出現外來岩石透鏡體。煤層的原生結構基本不保存,煤體結構呈碎裂狀、鱗片狀。

  3.岩漿侵入對煤層厚度的影響

  岩漿岩發育地段附近中小斷層也較為發育,我國有近三分之一的煤礦在含煤地層中發現有岩漿侵入現象。岩漿侵入、穿插或接近煤層,一方面導致岩漿溶蝕交代煤層,從而破壞煤層的連續完整性,減少煤田的可開采儲量;另一方面導致煤的接觸變質,煤的灰分增高,粘性降低,甚至變成天然焦炭,從而降低煤的工業價值。總之,岩漿侵入煤層致使煤層破壞和煤質變劣,給煤礦生產建設帶來不利影響。因此對於岩漿侵入強烈的礦區,岩漿侵入煤層就成為影響煤礦生產的最主要的地質條件。但是也有少數礦區,由於受到岩漿熱變質作用的影響,只是品種增多,使部分低變質程度的煤變為價值較高的煉焦煤。

  岩漿侵入 堞層,使煤層形態和厚度發生很大變化,煤層原始結構和煤質遭到破壞,甚至大片煤層被吞食或變成天然焦,給礦井採掘生產帶來嚴重困難。岩漿侵入對煤層的破壞程度受很多因素影響,總的說來,岩漿侵入的規模、岩性和產狀對煤層破壞的影響最為重要。岩漿以岩床狀侵入煤系地層後,將煤層分為兩層或多層,侵入部位也各不相同,具體可將其分為四種類型。

  (1)頂板侵入型,岩漿沿煤層頂部侵入,在岩床之下保存有層狀或似層狀可採煤層。

  (2)中間侵入型,岩漿沿煤層中間侵人,由於岩漿的流動性和波動性,煤層分叉成兩層或多層,各分層可採性受原始沉積厚度的控制。

  (3)底板侵入型,岩漿沿煤層底部侵入,在岩床之上保存有層狀或似層狀煤層,岩床之下為煤線或灰質頁岩。

  (4)頂底板侵入型,岩漿沿煤層頂底板同時侵入,受岩漿高溫性和推擠性影響,上下岩床之間保存有藕節狀、串珠狀或雞窩狀大小不等的煤體。

  岩脈一般沿斷層裂隙帶侵入,岩床則順煤層侵入,併吞蝕煤層,致使煤厚變薄,其程度隨侵入的大小、形態及部位而異,並使煤層結構複雜化,常呈似層狀或無規則,同時夾矸增多。煤層與岩漿岩的接觸帶常出現焦化,煤層堅硬緻密,光澤暗淡,斷口粗齒狀,俗稱“犬齒煤”;岩牆直接侵入煤層的地方全部吞蝕了煤層,但其附近的吞蝕程度則不同,當岩牆以小規模岩床形式侵入煤層下部時,常使煤層底板厚度受到很大的破壞,使煤層底板凹凸不平;當侵入煤層中部時,對煤層影響較大,使煤層的厚度受到了較大的破壞;當侵入煤層上部時,則影響較小,常出現5~l0cm厚的岩漿岩與煤層頂板直接貼在一起的現象。總之,不管是侵入煤層的上、中、下位置,均可使煤層厚度變薄,變質程度加深。

  4.沉積環境對煤層厚度的影響

  (1)同沉積斷裂活動對煤層厚度的影響

  由於煤層在沉積過程中,存在著不斷活動的斷裂構造,以致斷裂帶兩側出現不同幅度的沉降,引起煤厚的相應變化,一般斷層上盤的煤厚大於下盤的煤厚,煤層變化影響範圍一般不大。表現為在煤層中有時常出現斷層兩側的煤、岩層厚度有顯著差別,斷層兩側的煤層的不同厚度呈條帶狀,沿斷裂線方向展佈,厚煤層常出現在下降盤,上盤煤層厚度相對較薄,頂板全部斷開時,斷層上下盤的岩性差異更大,在斷裂帶附近的煤層中,常出現分又現象。

  (2)地殼不均勻沉降對煤層厚度的影響

  由於構造條件的不同,煤層在形成過程中,出現沼基底的差異性運動,導致煤層形態和厚度的區域性變化,煤層中常出現多層的分又、變薄、塵滅,夾石層數及其厚度向地殼沉降幅度與速度大的方向有規律性的增加,該種煤層變化影響範圍一般較大。

  (3)沉積環境和古地形對煤層厚度的影響

  由於泥炭沼澤發育的古地形起伏不平,使泥炭層的堆積存在一個“填平補齊”的過程,因此煤層厚度隨著基底地形的高低而有所變化,該種成因的煤厚變化一般影響規模較大。煤層的產狀發生明顯的變化,煤層的下部出現藉節狀和例丘狀等現象,煤層底板凹凸不平而頂板正常平整。

  (4)河流沖蝕作用對煤層厚度的影響

  由於泥炭層堆積過程中,遭受沼澤邊緣發育的溪流沖蝕,使煤層中間夾河流沉積物,造成厚度變化。經常遇到煤層中的岩體與煤層鑲嵌咬合,且局部夾石層數增多,結構複雜,岩石性質為砂岩或砂質泥岩,夾矸外形為串珠狀或透鏡狀,煤層厚度相對變薄,在平面表現為寬度不大的彎曲變形帶。

參考文獻

  1. 彭蘇萍,孟召平著.第一章 煤厚變化及其預測技術.礦井工程地質理論與實踐[M].北京:地質出版社,2002
  2. 2.0 2.1 王克勤.煤層厚度預測方法探討[J].科技情報開發與經濟,2010(25)
  3. 李建松,劉沖,韓建光.煤層厚度變化的地質地質成因分析[J].煤礦現代化,2009(2)
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