煤层变化（共7篇）
煤层变化 篇1
煤炭在我国国民经济发展中占据重要地位, 尤其是改革开放以后, 我国经济不断腾飞, 对煤炭的需求量不断增加。为了适应时代发展潮流和满足经济建设的现实需要, 在新时期, 我们一定要加强对煤矿开采工作的研究, 为煤矿开采工作提供理论依据, 从而不断我国煤炭生产能力。在煤矿生产建设过程中, 煤层厚度变化与矿井开采工作有着密切关系, 它不仅关系到采区的合理布置和采煤方法的选择, 而且对于储量的计算和矿井生产计划的安排等都有影响。由此可见, 加强对影响煤层厚度变化的地质因素研究意义重大。
1 沉积环境对煤层厚度变化的影响
沉积环境是影响煤层厚度变化的一个重要因素, 具体来说, 它主要通过以下几个方面来影响煤层厚度变化的。第一, 同沉积断裂活动因素。在煤层的沉积过程中伴随着一定的断裂构造, 这样, 在断裂带的两侧就形成了不同大小幅度的沉降, 同时也就引起了煤层厚度不同程度的变化。这时, 断层两侧煤层的不同厚度就呈现出条状带, 并且沿着断裂线的方向伸展开来, 而煤层厚度的变化规律, 一般来说, 上升盘煤的厚度比较薄, 下降盘煤的厚度比较厚。第二, 地壳不均匀沉降因素。在煤层在形成过程中, 地壳的不均匀沉降也会使煤层的厚度发生一定的变化, 主要表现是煤层中出现了多层的尘灰和交叉等, 煤层的厚度也随着地壳沉降速度和幅度大的方向而进行有规律地增加。第三, 古地形因素。由于古地形在最初的发育过程中起伏不平, 这样一来, 煤层的厚度也就随着基地地形的变化而变化, 其主要表现是煤层的产状变化很大, 煤层的顶板比较平整但是地板却凸凹不平, 煤层的下部也容易出现倒丘状或者藉节状等。第四, 河流腐蚀因素。由于受到河流冲蚀作用的影响, 煤层中就可能夹带有河流沉淀物, 从而引起煤层厚度的变化。比如, 在一些煤矿开采中, 我们发现一些煤层中间有岩体, 并且局部的夹石层数增加, 使煤层结构变得更加复杂, 煤层的厚度也比较薄, 这就是受到河流冲蚀作用影响的结果。
2 断裂构造对煤层厚度变化的影响
在地质因素中, 断裂构造是影响煤层厚度的另外一个因素, 其中, 断层的产状、密度以及性质等都会对煤层厚度的变化产生影响, 由于断裂破坏了煤层的连续性, 也在一定程度上增加了煤矿开采的难度。具体来讲, 断裂对煤层厚度变化的影响主要表现在逆断层和层间滑动两种情况。第一, 逆断层因素。在一些断裂构造中, 那种“Z”字形状或者反“Z”字形状的断层就是属于逆断层。逆断层的出现会导致煤层的地板或者顶板断裂, 使构造力向着煤层的薄弱环节移动, 最后在受力区煤层厚度变薄。第二, 层间滑动。在层间滑动的影响下, 煤层的厚度变化主要表现为煤层的原生结构遭到破坏, 煤层内部会有滑动镜面发育等。一般来说, 滑动构造处于煤层中, 而滑面有的处于顶板岩层, 有的处于顶板岩层, 还有的处于煤层内部, 而那些位于煤层顶板或者底板的滑面会对煤进行挤压, 导致煤层的厚度变薄。
3 褶皱对煤层厚度变化的影响
在地壳运动中, 一些岩层由于长期受到水平方向挤压作用的影响便会发生一定的变形, 就形成了褶皱构造, 而煤层相对松软, 在受到一定的挤压时, 也会发生褶皱, 并使煤层的厚度产生变化。在现实中, 褶皱这种地质构造对煤层厚度变化的影响也是非常大的。在水平挤压力的作用下, 煤层由于两边受力大于中轴受力, 煤便会从压力相对大的地方流向压力较小的地方, 这样一来, 煤层两边变得较薄, 中轴变得较厚。同理, 在垂直压力的作用下, 煤层中轴受力较大, 两边受力较小, 于是中间煤层厚度变薄, 两边煤层厚度增加。就实际情况来说, 一般煤层厚度变化都发生在剧烈褶皱的煤田之中, 并且主要与不对称褶皱以及大型褶皱中的挠曲转折端等有着密切关系。比如, 在横弯褶皱作用的影响下, 煤层的背顶部厚度变薄, 斜槽部位的厚度增大, 而褶皱翼部的厚度变化介于两者之间。与之类似可知, 在纵弯褶皱作用的影响下, 褶皱翼部每层的厚度变得薄弱, 而背斜顶部和向斜核部的煤层厚度则增加。由于受到褶皱地质构造因素的影响, 很多矿井的煤层的块煤率比较低, 有时甚至出现不可开采的状况。
4 岩浆侵入对煤层厚度变化的影响
有关调查数据表明, 我国有三分之一的煤矿中有岩浆侵入的情况, 由此可见, 岩浆侵入也是影响煤层厚度变化的一个重要地质因素。岩浆在侵入煤层后, 不仅大大破坏了煤层的原有结构, 有时甚至使煤层变成天然焦, 而且还给煤矿的开采带来很大的麻烦, 其影响非常恶劣。比如, 一方面它破坏了煤层的连续性, 大大减少了煤矿中可开采的煤储量;另一方面, 它可以造成煤变质, 降低煤的粉黏性, 也就在一定程度上降低了煤的工业价值。由此可见, 岩浆的侵入对煤层的危害有多么严重。至于对煤层的破坏程度, 一般要依据岩浆侵入的岩性、侵入规模等来判定。从岩浆侵入煤层的部位来说, 可以将其大致分为以下几种。首先, 顶板部侵入, 由于它是从煤层顶部侵入进去的, 所以, 在岩床之下还会有一些层状的可采煤层。其次, 中间侵入, 这种岩浆侵入方式由于受到岩浆波动性的影响, 煤层会被分为两层甚至多层, 而每个煤层的可采率取决于原始沉积厚度。接着, 底板侵入, 与顶板侵入相反, 这种岩浆侵入方式使岩床之下的煤层变成煤线或者灰质页岩, 而在岩床之上存在一些层状的煤层可供开采。最后, 还有一种顶底板侵入方式, 这种岩浆侵入方式由于从顶板和底板分别侵入, 所以, 只会在上下岩床之间存在一定的串珠状或者藕节状的煤可以开采。
5 结束语
煤层厚度变化是影响煤矿开采的一个重要因素, 不仅影响煤层的开采储量, 而且影响了矿井的开采效率, 在很大程度上增加了企业成本。因此, 为了对煤层开采进行合理的布局, 选择正确的开采方法以及提高对煤炭储量计算的精确度, 我们必须加强对那些影响煤层厚度变化地质因素的分析, 从而便于我们对煤炭开采做出准确预测, 确保煤炭资源的合理开发利用, 使它更好地在我国经济发展中发挥作用。
参考文献
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煤层厚度变化对矿井生产的影响 篇2
关键词：断层,煤层厚度,底板冲刷,岩浆侵入
煤层厚度变化是影响煤矿开采的主要因素之一, 严重制约采掘工作的正常进行, 造成采掘比例失调, 生产成本提高, 工作效率降低及井田煤炭储量减少等。为了准确计算煤炭储量和合理布置采掘工程, 必须在生产过程中尽可能正确地查找煤层厚度变化的主要原因, 以便较好地预测煤厚变化的规律, 确保煤炭资源合理开采和充分利用, 因此研究地质构造对煤层厚度变化的影响具有重要的理论和实际价值。
1 底板冲刷使煤层厚度变化对生产的影响
底板冲刷是煤层厚度变化原因中的一种, 为原生变化, 属于对煤层的内部冲刷剥蚀。峻德矿一水平南33-1层二区二段, 位于大断层F7上盘, 上部有20米的第四系含水砂层, 而且F7大断层导通第四系砂层水, 由于一水平离第四系含水砂层较近, 砂层水沿断层破碎带侵入33-1层煤层底板, 致使F7断层以北100米范围内煤层不规则变薄, 最薄处煤厚仅有0.3米, 变薄带中有砂砾、泥岩及不规则的小石子等, 但是煤层顶板没有发生变化, 致使二段工作面缩短, 煤量减少 (见图1) 。
2 断裂构造造成煤层厚度变化对生产的影响
断裂构造是煤层厚度变化原因中的又一种, 为后生变化, 煤层厚度的后生变化主要是由于断裂构造变动引起的煤层加厚和变薄, 断裂构造对煤层厚度的影响一般比较显著, 不仅仅在断层附近出现煤层的加厚带或变薄带, 一些正断层由于张力作用, 可导致断层附近上、下盘几米或上百米煤层厚度变薄, 而一些逆断层两侧可能出现煤层的逆掩重叠或挤压聚集, 形成厚煤带。峻德井田内落差大于5m的断层共有128条, 除F10、F12、F41、P36和P44为逆断层外, 其余均为正断层。其中落差大于30m的有62条, 落差15～30m的47条, 小于15m的有19条, 对煤层都有不同程度的影响和损坏, 给开采带来了一定的影响, 断层把煤层切成若干不规则的几何图形, 使煤层走向变短, 工作面不好布置, 同时煤炭回收率降低, 地质损失量大。三水平北9层三四区一段, 回风道过f4断层后, 煤层厚度逐渐变薄 (见图2) 。从图2可以看出, 风道在过f4正断层 (倾角54°, 落差5.2m) 后, 煤层厚度仅为1.2m, 施工195米又见f5断层 (倾角40°, 落差4.5m) , 在这个区间煤层逐渐变薄, 最薄处为1.14米, 厚度总体变化不大, 在勘探钻孔79-5位置, 煤层厚度为0.99m, 从图中可以看出, 两个断层中间所夹构造煤有时更薄。由于回风道过f4断层后, 煤层厚度逐渐变薄, 前方又见f5断层, 采高达不到综采要求, 况且还要过断层, 综采无法正常开采, 致使二段工作面缩短近200米。
二水平南二区17层 (见图3) 在掘送-160机道时, 由于受上部F8断层的影响, 回风道施工时, 60米范围内实见了三条小断层, 产状分别为为178O∠71O, 205O∠38O, 336O∠53O, 落差分别为2.4米, 3.0米, 2.5米, 小断层中间煤层变薄, 17层煤由原来的12米变薄为3.5米, 回采时少采出煤量5万吨, 由于回风道是沿煤层底板施工, 见第一条正断层及第二条正断层时巷道负坡施工, 不然抓不住煤层底板, 见第三条正断层时, 巷道正坡施工。
3 岩浆侵入使煤层厚度变化对生产的影响
岩浆侵入煤层, 使煤层形态和厚度发生很大变化, 煤层原始结构和煤质遭到破坏, 甚至大片煤层被吞食或变成天然焦, 给矿井采掘生产带来严重困难。岩浆侵入对煤层的破坏程度受很多因素影响, 总的说来, 岩浆侵入的规模、岩性和产状对煤层破坏的影响最为重要。
峻德井田内岩浆活动微弱, 在一水平浅部生产过程中, 仅在北部一、二区+77第一和第二石门3号煤层底板见有0.25～0.8m的玄武岩, 有0.2m左右侵入到煤层当中, 三、四区3号煤层局部被蚀变为焦炭, 厚度0.1～0.82m, 二水平北三四区-37石门9层煤实见玄武岩, 煤层局部变为焦炭, 范围不大。以上所见均在F7上盘和下盘出现, 岩浆是沿F7断层破碎带侵入到煤系地层当中, 产状是以岩脉或岩床形式出现的, 由于侵入范围较小, 对煤层开采影响不大。另外在14勘探线上的73-1钻孔实见火成岩, 73-1钻孔在3号煤层底板见有0.33m的玄武岩, 南部67-1钻孔、75-59钻孔、56-97钻孔均见有辉绿岩和安山珍岩, 厚2.8～10m, 呈岩脉或岩床侵入到煤系地层当中, 但对煤层及煤质影响不大。
4 褶曲引起煤层厚度变化对生产的影响
褶曲是受地壳运动的影响, 岩层发生塑性变形而形成一系列波状弯曲但仍然保持着岩层连续性的构造形态, 按形式分为向斜和背斜, 背斜是指核心部位岩层较老、两侧岩层较新, 向斜是指核心部位岩层较新、两侧岩层较老。巷道在施工过程中由于受褶曲影响, 煤层走向急剧变化而使风道或机道改变方向或改变坡度, 如果小褶曲特别发育, 常使煤层突然增厚或变薄, 使煤层不可采, 使工作面无法通过。
一水平南一区, F6下盘和F19断层上盘的中间块段, 有一背斜构造, 走向长度约400米, 倾斜长度从煤层露头至下部F8断层上盘, 在掘送南一区21煤层、22-1煤层、22-2煤层、23煤层二段机道时, 在背斜轴部实见小断层多条, 均为正断层, 以地堑或地垒形式出现, 局部煤层厚度变薄, 21煤层、22-1煤层、22-2煤层、23煤层厚度由原来的3.3米、2.6米、2.4米、3.8米变薄至2.0米、1.5米、1.9米、2.6米, 厚度平均减少1.3米左右, 由于是沿底板施工, 巷高3米, 巷道破岩石1米多, 破岩石长度均在15米左右, 在回采过程中还严重影响了煤质。
5 结论
煤层变化 篇3
随着我国煤层气开发工作的进行,对煤储层渗透率的影响因素研究也不断深入,在渗透率变化的影响因素研究方面取得了丰硕的成果[1～8]。煤层气井产能大小受控于诸多因素,其中煤储层渗透率的排采诱导变化是重要的控制因素之一[2]。煤储层作为一种具有相当弹性能的有机储层,对应力的响应比常规储层更加敏感,而这种弹性力学特性正是控制排采过程中煤储层裂隙面开合程度变化进而导致渗透率发生变化的内在原因。因此,研究渗透率排采诱导变化过程,可为优化实施生产工艺和措施提供科学依据,是煤层气增产新技术开发的一项关键内容。
1 模型推导
1.1 地质物理模型
在煤层气的排采过程中,煤储层裂隙开合程度受控于有效应力和煤基质收缩膨胀效应两个直接动力学因素[2,3,5,6]。一方面,煤层气解吸产出和地层水产出,使煤储层孔隙流体压力下降,有效应力降低,煤基质发生收缩,诱导煤储层裂隙面相对拉张,渗透率相对增高。另一方面,孔隙流体压力降低造成煤层围压相对增大,煤层裂隙相对受压而宽度减小,甚至闭合,导致渗透率相对降低。两方面效应的耦合,使得煤储层渗透率在排采过程中的变化规律进一步趋于复杂化。由此,得出裂隙宽度变化模型如图1所示。同时,煤的岩石学性质和煤级的不同,其在应力作用下收缩或膨胀特征也不尽相同,致使排采诱导的煤储层渗透率变化特征有所差异。
a.有效应力增大,裂隙变窄;b.煤基质收缩,裂隙变宽
1.2 数学模型
Seidle等和Palmer等均给出了渗透率和孔隙度的关系[9,10]:
式中,K0表示煤储层原始渗透率,10-3μm2;K表示煤储层渗透率,10-3μm2;φ0表示原始裂隙孔隙度,%;φ表示裂隙孔隙度,%。
这是研究排采诱导渗透率变化的基本关系之一。首先对水饱和煤样进行三轴应力-应变测试,然后对线弹性变形阶段的弹性模量和泊松比进行逐点计算[11,12],
在假三轴应力学实验中,因σ2=σ3,三轴切线弹性模量和泊松比公式可简化为:
式中,E表示弹性模量,MPa;υ表示泊松比;σ1、σ2、σ3表示三轴压力,σ1表示垂向压力,实验中指轴压,σ2、σ3表示水平压力,实验中指围压,在假三轴力学实验中,σ2=σ3,MPa;ε1表示垂向应变,实验指轴向应变;ε2表示横向应变,实验指平均径向应变。
研究表明,CH4和CO2的吸附应变数据能被很精确地模拟成朗格缪尔等温吸附模型[1],因此,储层压力P下,煤基质块体的体积应变为:
式中,εv表示压力P下吸附的体积应变,εmax与朗格缪尔方程中朗格缪尔体积数据表达的含义相当,代表理论最大应变量,即无限压力下的渐近值;p50表示与朗格缪尔压力数据表达的含义相当,代表煤样达到最大应变量的一半时的压力。
如果只考虑流体压力变化对有效应力影响,当流体压力由p0降到p1时,有效应力增大为:
式中,Δσc表示有效应力增加量,MPa;p1、p0分别表示增加后的压力和初始压力,MPa。
则单位体积煤岩体孔裂和裂隙压缩量为:
式中,Δφc表示煤岩体孔裂和裂隙压缩量;Cv表示体积压缩系数,MPa-1。
体积压缩系数是指围压升高1 MPa时所引起的体积相对变化的量度,理论上,可由下式计算:
在三向等压状态下,体积应变随围压的增大而增加,体积压缩系数随围压的增大而呈对数式减少,即:
式中,a、b表示拟合系数;Pc表示围压,MPa。
体积压缩系数可通过应力应变试验结果求出。
综合式(1)、(6)、(8),有效应力增加引起的渗透率增量为:
同时,单位体积基质块体的压缩率为:
式中,εmax表示吸附最大应变量。
因为煤储层在垂向上为受约束,水平方向上的体积收缩才能使孔隙、裂隙增大,水平方向上的体积收缩可由线弹性体体积应变来计算:
故由基质块体收缩应起的渗透率变化为:
式(9)和(13)分别为排采条件下,煤基质正、负调节作用的定量表达。
2 实例计算与分析
煤样采自山西沁水盆地中南部矿区,各煤样力学测试数据来自中国石油勘探开发研究院廊坊分院压裂中心实验室[8]。根据测试结果及式(2)、(3)计算得出煤样的岩石力学参数如表1所示。
注:Pc为围压;Ro,max为镜质体最大反射率;Po为抗压强度;E为弹性模量;ν为泊松比。
设煤储层气、水饱和,流体压力从5.9 MPa开始逐渐降低1 MPa左右。进一步根据式(10)计算吸附最大应变量εmax和煤岩体达到最大应变量一半时的压力P50,根据式(8)得体积压缩系数Cv,结果如表2所示。
再根据以上计算成果,运用式(9)和式(13)计算煤基质正负调节效应及其耦合作用的结果,如表3所示。
注:△Kσ为煤基质收缩效应渗透率增加率;△Kε为有效应力负效应引起的渗透率应力降低率;△Kc为综合效应。
由表3可见,在排采过程中,有效应力的负效应对煤岩体渗透率的影响在0.01%～0.52%之间;煤基质收缩的正效应对煤岩体渗透率的影响在0.07%～1.10%之间;正负效应对煤岩体渗透率的综合影响可以在-0.45%～1.03%之间变化。随着流体压力的降低,有效应力的负效应在逐渐减弱,煤基质收缩的正效应在逐渐增强,渗透率综合变化率值逐渐变大;随着镜质组反射率的增大,煤级升高,有效应力的负效应在逐渐增强,煤基质收缩的正效应在逐渐减弱,渗透率综合变化率值逐渐变小;综合比较,煤级对渗透率综合变化率的影响比流体压力更为明显。
3 结论
研究结果表明,有效应力负效应随煤级和流体压力的降低逐渐减弱;煤基质收缩正效应随煤级和流体压力的降低逐渐增强;渗透率综合变化率值随着煤级和流体压力的降低逐渐变大。
摘要：目前,国内外关于煤层气排采理论方面很少考虑两相流体与煤体结构的耦合作用,缺少对吸附、解吸、扩散和渗流过程的相互制约机制研究。本文借鉴了已有煤岩石力学分析测试数据和煤储层多相渗流渗透率研究成果,采用数值模拟的研究方法,建立煤储层流体排出和煤基质弹性体积变形与煤储层渗透率变化之间关系的数学模型。通过实例计算,分析了储层压力和煤级等因素对煤储层渗透率变化的影响,得出渗透率综合变化率值随着煤级和流体压力的降低逐渐变大。
关键词：煤层气,渗透率,数学模型,煤基质收缩,有效应力
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煤层变化 篇4
青东井田位于安徽省淮北市濉溪县李小庙至大刘家一带, 行政区划属濉溪县。井田东以大刘家断层为界, 西止F9断层, 南以石炭系太原组顶界灰岩露头线为界, 北至F19断层和3-2煤层-1 200 m水平投影线。含煤地层为二叠系上石盒子组、下石盒子组和山西组, 自上而下共含10个煤组, 平均总厚15.54 m。其中全区可采和大部可采煤层有3-2、7、8-1、8-2、10煤层5层, 7、8-1和8-2煤为主要可采煤层。
井田区内构造发育, 主体表现为一走向北西～近东西, 局部略有转折, 向北、北东倾斜的单斜。地层倾角一般10°～20°, 沿走向方向出现较小规模的地层起伏或次级褶曲, 共查出断层59条 (含边界断层) , 皆为正断层, 以北东向和近东西向为主, 发育少量北西向断层。多处钻孔揭露区北部及西部的浅部有岩浆岩, 受其影响, 部分块段可采煤层被吞蚀。
2 8-2煤层赋存状况及厚度统计
青东矿8-2煤位于下石盒子组下部, 顶、底板均以泥岩为主, 次为砂质泥岩或粉砂岩, 个别顶板见有细砂岩, 为主要可采煤层。煤层结构简单～较简单, 部分煤层含1层夹矸, 个别点含2～3层夹矸, 夹矸多为泥岩或炭质泥岩。
根据83个点钻孔煤层厚度资料分析, 8-2煤层厚度在0.77～13.47 m之间, 平均4.61 m, 其中, 1.3 m以上的煤厚点占90.36%, 以中厚煤和厚煤为主。
8-2煤厚分布频率直方图如图1所示。
3 8-2煤层展布规律及稳定性评价
为了探讨煤层厚度变化规律, 结合底板埋深资料, 采用最小曲率法制作了8-2煤层厚度等值线示意图, 如图2所示。除钻孔揭露煤层受岩浆岩入侵对煤层厚度有小部分影响外, 分析图1及图2发现该区煤层厚度展布具有沿走向由东向西增厚的趋势。
3.1 变化规律
由图2可以清楚地看出, 8-2煤层厚度由东南向西北北方向逐渐变厚, 西部比东部厚, 区内以中厚煤层和厚煤层为主。以勘探线K11为分界线将煤田分为东区和西区两个部分, 东区主要为中厚煤层区, 局部薄煤区;西区主要为厚煤带和巨厚煤带分布区, 在平面上呈不规则的小波状和小山峰状分布, 煤层厚度值变化幅度相对较大, 且不同厚度煤区之间距离很近, 变化梯度大。
3.2 指标评价
为了对区内煤层稳定性进行详细的评价, 为以后的开采工作做好准备, 现将东区和西区根据《矿井地质规程》分别利用变异系数和可采率指标法对煤层厚度稳定性进行分析。
3.2.1 变异系数计算
变异系数是反映井田内煤层厚度变化偏离平均厚度程度的参数。
变异系数的计算式为:
式中, γ为变异系数;S为均方差值;Mi为每个见煤点的实测厚度;为区内平均煤厚;n为参与评价的见煤点数。
3.2.2 可采率指数计算
可采率指数为井田内可采煤后点数所占比例数[1]。
可采率指数计算式为:
式中, Km为可采率指数;n′为煤层厚度值大于最低可采厚度的钻孔数;n为总的钻孔点数。
根据钻孔资料, 8-2煤层东区有评价点数10个, 可采点数8个, 煤层厚度1.22～2.96 m, 平均1.90 m, 计算得可采性指数Km=0.80, 变异系数γ=31%;西区评价点数较多, 钻孔参评数为67个, 可采点数50个, 煤层厚度0.77～11.91 m, 平均4.39 m, 计算的可采性指数Km=0.82, 变异系数γ=62%。鉴于8-2煤层虽有部分钻孔为厚和特厚煤层, 但整体东区偏向薄煤层, 西区偏向厚煤层, 根据评价煤层稳定性的主、辅指标可知:8-2煤层东区为较稳定煤层, 西区为不稳定煤层。
3.3 原因分析
引起煤层厚度变化的地质因素有原生变化和后生构造变动两类, 前者比如聚煤拗陷基底不均衡沉降、沉积环境及古地理等的影响, 后者主要包括构造变动、岩浆侵入等引起的煤层加厚和变薄。
研究区内构造表现为一走向北西～近东西, 局部略有转折, 向北、北东倾斜的单斜, 由煤等值线及煤层埋深等值线可以看出, 8-2煤层厚度和埋深大体上有一种关系, 自东向西埋深增加, 煤层厚度增大。由此可见, 8-2煤层形成过程中沉积环境对煤层厚度有一定影响, 自东南向西北沿走向随着深度增加煤层有变厚的趋势。
构造变动, 主要表现为褶皱和断层构造, 可改变煤层的原始产状, 也可引起煤层形态和厚度的变化。这是因为煤与其他共生的岩石类型相比, 煤层本身比较松软, 具有流变性特征, 在构造应力驱动下易于破碎和产生塑性流动, 以致使煤层局部增厚或减薄。如:9东1、9西3等钻孔所见8-2煤层仅厚1 m左右, 比附近煤厚小6～13倍, 可能由层间滑动造成, 如图3所示;8东勘探线F14断层, 上盘包括8-2煤层在内的大多数煤层断失, 下盘靠近断层处煤层变薄, 在8东2孔10.18 m, 而在远离断层处的8东1孔为11.91 m, 两者相差1.73 m, 也与断层有关, 如图4所示。
4 埋深对煤层稳定性的影响
现有资料表明, 在较低围压下表现为脆性的岩石可以在高围压下转化为延性, 浅部表现为普通坚硬的岩石, 在深部可能表现出软岩特征[1]。顶底板岩层的力学性质由刚性向柔性转变。同时, 煤层在深部由于受到的压力增加, 煤层向更加致密发展, 以至于其力学性质由柔性向刚性发展。结果造成煤与顶底板岩层的力学性质差异变小, 当发生弯曲时煤层的层间流动缩小, 煤层厚度受地质构造的改造减弱, 主要保持原生沉积厚度, 煤厚的稳定性增强[2]。
井田内, 8-2煤煤层埋深为西南部浅、东北部深;部分埋藏深度达到1 000 m, 为深埋区。深部煤炭资源处于高地应力、高温、高渗透压环境下, 相对于浅部开采有明显的不同特点, 其物理性质如力学性质, 孔隙性质及密度等与浅部存在差异, 所以有必要在此对深部煤层的稳定性进行评价。为了与深度建立联系, 把部分钻孔数据按深度分段, 统计每一深度段的煤厚变异系数, 如表1所示。并做出煤厚变异系数与深度的相关性曲线, 如图5所示。
根据图5可以明显看出, 煤厚变异系数与深度的相关性很高, 相关系数为0.75。数据显示, 随着深度的增加, 煤层厚度变异系数变小, 说明深部煤层的稳定性比浅部要好。
5 结论
综合煤层厚度展布特征和煤厚变化特征分析结果, 对青东矿8-2煤层变化作出的一般性评价为: (1) 青东井田煤层厚度大, 以中厚煤及厚煤层为主。井田东区煤层厚度变化小, 变异系数31%, 可采指数0.80, 为较稳定煤层;西区煤层变化相对较大, 变异系数62%, 可采指数0.82, 为不稳定煤层。 (2) 受沉积和后期构造的影响, 井田中的单斜构造导致煤层由西南向东北变厚的趋势;图中不规则的小波状和小山峰状的煤厚变化则是受到后期构造的影响在井田东部分布。 (3) 沿倾向煤层随煤层埋深的增加有厚度变薄和稳定性增加的趋势。排除沉积和岩浆侵入的影响, 产生这一现象原因主要是煤岩层力学性质在深部与浅部存在差异, 深部煤层在受挤压时的层间流动减少造成的。
参考文献
[1]何满潮, 谢和平, 彭苏萍, 等.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报, 2005, 24 (16) :2804-2813
煤层变化 篇5
东胜煤田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市与陕西省北部榆林地区交界处, 研究区井田位于东胜煤田北部, 距离东胜区政府所在地 (东胜区) 西北方向约13 km。井田面积约36.62 km2, 拟定建设为500万t/a的大型矿井。该井田含煤地层为侏罗系中下统延安组, 而延安组作为鄂尔多斯盆地中生代重要的含煤地层[1], 其组内含2、3、4、5、6号共五组煤, 计划一期开采2煤组, 其中2-2煤为主要可采煤层。因此, 对2-2煤层厚度变化情况与聚煤规律的研究具有紧迫而重要的实际意义。
1 区域地质概况
1.1 区域地层
对于本地区乃至整个鄂尔多斯盆地, 无论是从盆地成因还是盆地现存状态来说, 三叠系上统延长组 (T3y) 是侏罗纪聚煤盆地和含煤地层的沉积基底。本次研究区域位于东胜煤田的北部, 新生代地质应力的作用表现较为强烈, 上部地层遭受剥蚀并被枝状沟谷切割破坏。区内地层由老至新发育有:三叠系下统二马营组 (T2er) 、三叠系上统延长组 (T3y) 、侏罗系中下统延安组 (J1-2y) 、侏罗系中统 (J2) 、白垩系下统志丹群 (K1zh) 、新近系上新统 (N2) 和第四系 (Q) 。其中含煤地层延安组 (J1-2y) 为一套灰色、深灰色的砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层的组合。2-2煤层位于延安组顶部, 煤层顶板岩性主要为粉砂岩和细砂岩, 底板岩性主要为砂质泥岩及粉砂岩。
1.2 区域构造
研究区井田大地构造属于华北地台鄂尔多斯台向斜东胜隆起区中东部, 如图1所示。华北地台经历了基底形成阶段和盖层稳定发展阶段之后, 在晚三叠世末期开始进入地台活动阶段。在华北地台西部开始出现了继承性大型内陆坳陷型盆地-鄂尔多斯盆地[2], 其构造形式总体为一宽缓的大向斜构造 (台向斜) , 核部偏西, 中部、东部广大地区基本为水平岩层。研究地区基本构造形态为一向南西倾斜的单斜构造, 岩层倾角多在5°以下, 褶皱、断层发育程度低[3]。
2 煤层厚度变化规律
2.1 煤层赋存情况
2-2煤位于延安组顶部, 大部分可采煤层较稳定。该煤层呈黑色, 条痕为褐黑色, 沥青光泽, 参差状、棱角状断口, 内生裂隙较发育, 常为黄铁矿及方解石薄膜充填, 煤层中见黄铁矿结核。宏观煤岩组分以暗煤、亮煤为主, 见丝炭, 属半暗型煤[4]。煤层顶板岩性主要为粉砂岩和细砂岩, 底板岩性主要为砂质泥岩及粉砂岩。
在井田内的79个勘探孔中有63个见煤点, 16个尖灭点, 见可采煤层43个点, 点数可采系数68%, 面积可采系数72%, 如表1所示。
2.2 煤层厚度变化情况
根据钻孔资料统计, 煤层自然厚度0～5.19 m, 平均2.32 m。可采厚度0.98～5.19 m, 平均3.18 m。该煤层结构简单, 含0～2层夹矸, 一般多含1层夹矸。煤层层位较稳定, 厚度在井田内变化较大, 在井田的东南部较厚, 而西北部较薄, 直至出现不可采区和无煤区[5]。在井田内东北部的3111钻孔附近, 存在一定范围的煤层剥蚀区, 如图2所示。
3 煤层聚煤规律
研究区井田位于鄂尔多斯盆地东北部, 鄂尔多斯盆地侏罗纪含煤岩系从沉积演化特点看具有明显的三分性, 自下向上可分为3个体系域, 即初始充填体系域、超覆充填体系域和退覆充填体系域[1]。由于体系域的转换面、小层序组的转换面等都是聚煤作用的有利层位, 因而煤层在层序地层划分、重建地区古地理环境中起着重要的标志性作用。研究表明, 2-2煤层沉积于退覆充填体系域的冲积体系中。
3.1 含煤地层岩石学特征
2-2煤沉积于延安组第三段岩石顶部, 该段岩性以灰白色细～粗砂岩为主, 夹灰色、深灰色砂质泥岩和泥岩, 发育有平行层理和水平纹理。砂岩成份以石英为主、长石次之, 含岩屑及大量植物化石碎片。
3.2 含煤地层聚煤规律
2-2煤地层沉积时期整个鄂尔多斯盆地处于退覆充填体系域中, 盆地进入了萎缩时期, 以湖退、河流沉积充填盆地为特征[6]。冲积体系范围扩大并基本由上游支流河道控制, 形成如图3所示的古地理形态。
2503号钻孔岩性沉积相图如图4所示。据图4分析, 2-2煤层发育于河床滞留沉积之上, 河床沉积以粗砂岩、含砾中砂岩、中砂岩及细砂岩组成, 泛滥平原以泥质岩、砂质泥岩夹薄层细砂岩、泥岩为主, 顶部沉积2-2煤层[7]。该煤层厚度大, 但煤层厚度变化大, 煤层连续性差。研究表明这一时期反映出河流作用重新活跃、煤层都是在每期河道废弃时的泛滥平原上沉积的, 为辫状河流沉积体系。
4 结论
通过对井田内2-2煤层厚度变化及聚煤规律的研究, 认为该井田沉积环境属于河流沉积体系类型。该煤层沉积时整个鄂尔多斯盆地处于退覆充填体系域中, 盆地东部湖泊退去, 河流作用重新活跃, 在井田区域发育多期河道砂岩沉积, 2-2煤便形成于河流废弃时的泛滥平原之上。由于河流冲刷作用的影响, 井田东南部煤层较厚, 西北部较薄, 甚至出现无煤区, 推测2-2煤层沉积后期河流改道, 主河道在井田西北部位置, 流向东南。
摘要：通过对东胜煤田某矿2-2煤层厚度变化的分析研究, 探讨了2-2煤厚变化规律, 并初步分析了聚煤规律。研究表明:该井田内2-2煤层厚度变化较大, 其沉积环境属于河流沉积体系。而地壳的不均衡振荡运动和古地理环境的不断变迁, 使煤层出现了不同部位的变薄和缺失。
关键词：煤层厚度,聚煤规律,东胜煤田,沉积环境
参考文献
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[2]程守田, 黄焱球, 付雪洪.早中侏罗世大鄂尔多斯古地理重建与内陆拗陷的发育演化[J].沉积学报, 1997 (4)
[3]杨起, 韩德馨.中国煤田地质学 (下册) [M].北京:煤炭工业出版社, 1980
[4]李殿华.东胜煤田乌兰希里区煤岩层对比[J].中国煤田地质, 2007 (增2)
[5]李宏伟.嵩山井田二1煤层厚度变化规律及其影响因素分析[J].中州煤炭, 2009 (6)
[6]高选政.鄂尔多斯盆地中侏罗世岩相古地理[J].煤田地质与勘探, 1996 (3)
煤层变化 篇6
综放开采是将特厚煤层的全层厚度一次性采放出来的一种高产高效的采煤方法, 与分层开采相比, 其开采强度大大增加, 采煤生产成本明显降低, 采煤工作效率和矿井经济效益显著提高。目前我国对中厚煤层和厚煤层分层开采条件下覆岩破坏规律已有较多的掌握, 但对巨厚及特厚煤层的岩层破坏了解较少。针对义煤千秋煤矿21.8 m (平均) 厚的巨厚煤层综放开采一次采全高, 其上覆岩层的垮落特征及所形成的结构进行分析, 正确认识综放采场的岩层活动规律和结构持点是合理选择支架型式、完善综放工艺的依据, 也是深入研究顶煤破碎机理的基础。为此, 运用数值模拟、相似材料模拟技术等技术手段对巨厚煤层这样的地质条件下综放面一次采全高上覆岩层结构特征和应力变化的研究, 为以后类似条件下的厚煤层开采提供依据和借鉴。
1 原型地质条件
本相似模拟实验是以义煤集团千秋矿二1煤为研究对象进行相似模拟实验研究。该矿21181工作面开采煤层为二1煤, 煤层为黑色块状及粉未状, 结构复杂, 含矸3～6层, 夹矸岩性分别为粉砂岩, 细砂岩及泥岩, 煤体干燥, 松弱破碎, 极易自燃, 煤岩类型为半亮型-半暗型, 煤层厚度变化较大, 在16.81～26.78 m之间, 平均21.79 m。煤层平均倾角12°煤层较为平稳。煤层自燃发火期为30 d, 煤尘具有爆炸危险。采用ZFSB-4400A-18.2/28型低位放顶煤支架, 两采一放、采放平行, 放煤步距1.2 m。煤层直接顶为泥岩, 厚37 m, 盘区内东薄西厚, 泥岩抗拉强度1.56～2.37 MPa, 抗压强度18.0 MPa, 抗剪强度0.38 MPa。老顶以砾岩、细砂岩、泥岩互层为主, 具有透水性。盘区上部直接底为砾岩、砂砾岩, 盘区下部直接底板为含砾粘土岩, 砾岩厚度26.7 m, 砾岩抗压强度98.5 MPa, 含砾粘土岩平均抗压强度35.7 MPa。
工作面走向长度:上巷长1 035 m、下巷长1 039 m, 平均长1 037 m, 倾斜长104 m (切眼) , 采深616.5～702.5 m, 平均采深659.5 m, 可采面积124 300 m2。21181工作面综合柱状图如图1所示。
2 相似模拟研究
2.1 模型建立[1,2]
模型架要求有足够大的刚度, 且具有一定的宽度, 以保证模型的稳定性。根据现有试验条件, 决定在2.5 m×0.20 m×1.4m (长×宽×高) 规格的刚模型架上进行试验。相似材料是按不同材料配比把各种材料混合而成的, 在进行相似模拟试验前, 为了解所选材料的性质以便使模型与原型保持较好的物理力学特性相似, 要选取合适的相似材料配比。相似材料配比如表1所示。
注: (1) 水量为1/10; (2) 煤层的相似材料配比按骨胶比3∶1。其中骨料由砂子、粉煤灰共同组成, 且砂子∶粉煤灰为3∶7;胶料由碳酸钙和石膏组成, 且碳酸钙∶石膏=1∶1; (3) 硼砂为水量的1/100。
制作时层与层之间用云母粉隔开。同时对于厚度比较厚的岩层在模型制作时每2～5 mm分一层, 各层之间用云母粉隔开, 其目的是为了实验过程中有明显的分层。
2.2 模型观测
2.2.1 土压力计传感器布置方式
为了便于实验过程中压力的观测本次实验压力传感器共布置3组:第1组传感器1～8布置在煤层顶板 (即直接顶泥岩与煤层交接处距煤层顶板约10 mm) ;第2组传感器9～16布置在泥岩中 (距煤层顶板200 mm) , 传感器均匀布置间距为200 mm;第3组布置泥岩与中粒砂岩的交接处, 距煤层370 mm。
2.2.2 应力观测方法
采用的应力测量系统为YJW-16数字静态电阻应变仪和DYB-1型电阻应变式土压力计传感器。使用时, 根据事先标定的“压力-微应变值”关系直线, 即可得出作用在该土压力计上压力值。
2.2.3 综放采场应力分析
在模型开采过程中, 在煤层顶板布置3组应力观测线:1号测线布置在煤层与泥岩的交接处, 2号测线布置距煤层20 m的位置, 3号测线布置距煤层37 m的位置。图2～4是模拟开采过程中, 工作面推进到三种不同位置时三条水平测线同一时刻测得的应力值, 按应力传感器距工作面不同距离绘出的应力曲线。
从图2～4可以看出, 在工作面煤壁前方, 应力逐渐增大, 并在20 m左右的位置出现峰值, 而在60 m左右应力降低至原岩应力, 在采空区侧, 应力基本恢复到原岩应力状态。说明工作面推进过程中采场上覆岩层中的应力是不断变化的。随岩层高度的增大岩层应力集中区范围越来越小。应力集中区影响煤壁前方的范围大约是60 m左右, 应力峰值出现在煤壁前方20 m左右。
3 数值模拟研究
3.1 数值模型的建立
基于UDEC建模原理, 应用UDEC软件, 以义煤千秋煤矿地质条件和煤岩条件为基础。模型煤厚21.8 m, 为千秋煤矿煤层的实际厚度。因为UDEC为二维模型, 在模拟时不考虑煤层的倾角。模型走向为X方向, 在走向上取工作面推进长度的一部分300 m, 模型两边各考虑100 m边界影响区域, 按500 m模拟。垂直方向为Y轴方向, 模型共模拟8个分层, 煤层及煤层顶底板岩层均按实际厚度进行模拟, 其余岩层按等效载荷进行模拟, 最后模型的垂直高度为150 m。模型长×高为500 m×150 m。
3.2 岩体力学参数的选取
模型中各层的物理力学参数基本以实验试验结果给定, 如果没有试验数据, 则按统计数据的平均值来考虑。力学参数如表2所示[3]。
3.3 数值模拟结果分析
3.3.1 破坏场分析
通过破坏场的分析, 可以直观地给出工作面开采顶板岩层破坏后的区域。在开采初期, 随工作面的推进, 直接顶在上覆岩层载荷和自重作用下开始变形, 最后由于抵抗不了垂直变形而产生的拉伸破坏, 并冒落到采空区。开采初期采动影响范围较小, 直接顶为强度较低的泥岩, 而强度大的中粒砂岩离采空区较远, 基本不受采动影响。鉴于抗压强度大的中粒砂岩存在, 上覆岩层运动不可能整体、同步下沉, 这样就会在开挖过程中形成离层, 并随工作面推进继续沿走向和垂直方向扩展。随着采掘空间继续扩大, 使采动的影响区域变大, 起关键层作用的中粒砂岩下方形成离层空间。当离层扩展到一定程度后, 关键层作为岩梁达到其极限跨度时, 便开始出现破坏。
3.3.2 采场上覆岩层支承压力分析
采场支承压力的显现是上覆岩层运动的结果。由支承压力所引起的的围岩变形对巷道维护和回采工作面落煤等都有直接影响, 并且对开采过程中形成的冲击矿压、煤与瓦斯突然喷出以及顶板的完整性、支架受力大小等也有直接影响。因此, 支承压力是研究矿山压力控制的重要对象。
模型从开切眼开始推进, 在煤层顶板布置6条测线, 与煤层距离分别为1 m、10 m、20 m、37 m、47.5 m和57.9 m, 从下往上依次为1～6号测线, 分别监测上覆岩层的位移和应力。
从模拟的结果分析可知, 开采初期, 支承压力峰值不明显, 随着工作面的推进逐渐居于稳定, 峰值最大出现在20 m左右。同时, 可知未受采动影响区大约在工作面煤壁前方50 m以外, 受采动影响区在煤壁前方50 m以内, 而受采动影响剧烈区位于煤壁前方20 m范围内, 支承压力最高峰值距煤壁20 m。可见研究区超前支承压力影响范围较大, 且与相似模拟所得结论一致。
4 结论
通过相似模拟实验得出, 顶板应力峰值一般出现在工作面煤壁前方20 m左右, 应力集中影响的范围约50～70 m。随岩层高度的增大岩层应力集中区越来越小。通过数值模拟实验, 上覆岩层的移动是非线性的。距煤层顶板越近, 下沉量越大;随着工作面推进, 工作面上方顶板下沉量不断增大, 顶板下沉范围也不断扩大。通过数值模拟实验得出, 研究区采厚21.8m, 未受采动影响区在工作面前方50 m以外, 受采动影响区在工作面前方50 m以内, 而受采动影响剧烈区位于工作面前方20 m左右, 超前支承压力峰值距工作面20 m。研究表明研究区超前支承压力影响范围较大。
摘要：以河南义马煤业集团公司千秋煤矿二1煤的地质条件和开采条件为研究依据, 通过相似模拟实验和数值模拟分析, 研究巨厚煤层综放面一次采全高上覆岩层结构特征和应力变化特征, 借助试验仪器和数值模拟实验对工作面顶板超前支撑应力的变化规律进行了分析, 为巨厚煤层放顶开采提供了一定的理论依据。
关键词：放顶煤,上覆岩层,应力变化
参考文献
[1]李鸿昌.矿山压力的相似模拟试验[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1988
[2]陈晓祥.采矿过程中围岩力学数值模拟关键问题的研究[D].徐州:中国矿业大学能源与安全工程学院, 2004
煤层变化 篇7
首山一井位于许昌市襄城县西南约10 km, 行政区划隶属平顶山市、叶县及襄城县。地理坐标为东京113°21′16″~113°26′22″, 北纬33°45′45″~33°50′52″。东西走向长6.6 km, 南北倾向宽4~5.5 km, 面积约36 km2。井田内有平 (平顶山) ~禹 (禹州市) 铁路及襄城县~紫云镇公路通过, 井田东部相邻许南公路 (311国道) , 交通较为便利。
平顶山煤田位于华北地台南缘, 属华北地层区豫西分区渑池~确山小区石炭二叠系含煤地层。井田位于平顶山煤田东北部, 属半隐伏地区, 地表仅出露部分二叠系中统上石盒子组、上统石千峰组及三叠系下统刘家沟组地层。根据地表出露及钻探揭露地层由老到新有寒武系上统崮山组;石炭系上统本溪组、太原组;二叠系下统山西组;二叠系中统下石盒子组、上石盒子组;二叠系上统石千峰组;三叠系下统刘家沟组;第四系。其中太原组、山西组、下石盒子组及上石盒子组为含煤地层[1]。其中山西组下部的二1煤层为井田内主要可采煤层, 煤厚2.76~10.22 m, 平均6.15 m, 全区可采。河南平宝煤业有限公司首山一矿为井田内唯一基建矿井, 设计生产规模240万t/a。批准开发的有二1、二12、四2、四3、五1及五2共6层煤层, 现在二12煤层进行试生产。
2 山西组地层及含煤性
下二叠统山西组 (P1s) 是本井田主要含煤层段。下伏地层为石炭系太原组 (C2t) 顶部深灰色致密泥岩;上覆地层为下石盒子组 (P1x) 砂锅窑砂岩 (Ss) 。
二1煤层发育在本组下部, 根据岩性、岩石组合等特征可分为4段: (1) 二1煤段 (平均厚15 m) 。下部以浅灰~灰色细粒砂岩、粉砂岩为主, 夹泥岩条带, 含植物化石碎片及黄铁矿结核。具小型波状层理、互层层理、透镜状层理及压扁层理, 动物潜穴丰富。上部为二1煤层, 在井田中部以4719-5118-5510一线为中心, 呈两端较窄中部较宽的SW~NE方向条带状范围内, 分岔为二11和二12煤层, 其它地区为单一煤层。二11与二12煤层之间岩性以砂质泥岩为主, 夹细粒砂岩薄层或条带。二11与二12煤层间距0.72~6.85 m, 平均3.21 m左右。 (2) 大占砂岩段 (平均厚20 m) 。浅灰~灰色细-中粒长石石英砂岩。富含炭屑和大白云母片, 具缓波状、水平和小型交错层理, 俗称大占砂岩, 常加夹泥岩, 泥岩中含较丰富的植物化石。大占砂岩常分为上、下两个分层, 分层之间常夹二2煤层, 顶部常夹二3煤层, 两层煤层均不可采。 (3) 香炭砂岩段 (平均厚27 m) 。浅灰~灰色厚层状中粒石英砂岩, 局部为细粒或粗粒。具交错及波状层理, 俗称香炭砂岩。上部为灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩及粉砂岩, 含较丰富的植物化石。 (4) 小紫泥岩段 (平均厚23 m) 。以灰绿色、灰色砂质泥岩、泥岩为主, 含紫斑、暗斑和菱铁质鲕粒, 夹薄层浅灰色细粒砂岩、粉砂岩, 俗称小紫泥岩。底部常发育一层浅灰色中~细粒砂岩, 偶见二6煤层。
山西组泥质岩中含丰富的植物化石, 二12煤层顶板含舌形贝及古尼罗蛤动物化石。主要动、植物化石有:
Lingula sp舌形贝
Palaeoneilo sp古尼罗蛤
Lepidodendron sp鳞木
Annularia orientalis Kaw.东方轮叶
Lobatannularia ensifolia剑瓣轮叶
L.sinensis中国瓣轮叶
Pecopteris sp.栉羊齿
Neuropteris sp脉羊齿
Emplectopteris triangularis Halle三角织羊齿
Emplectopteridium alatum Kaw.翅编羊齿
Taeniopteris Multinervis多脉带羊齿
井田内山西组地层总厚73~98 m, 平均厚85 m, 为主要含煤段, 含煤4层, 煤层总厚度6.24 m, 含煤系数7.34%, 可采含煤系数7.24%。除二1煤层为主要可采煤层外, 其余均不可采。其中二1煤发育在二1煤段, 二2、二3煤发育在大占砂岩段, 二6煤发育在小紫泥岩段。
3 二1煤层厚度变化规律及影响因素
3.1 二1煤层厚度变化规律
井田38个见煤点中, 煤厚小于3.50 m的1个, 大于8.00 m的4个, 3.50~8.00 m的33个, 二1煤层等厚线及分岔范图如图1所示, 煤层的赋存有一定规律可循。
从全井田看厚度较为稳定变化不大, 从倾向上看, 由北向南, 厚煤带相对于薄煤带呈近东西向条带状相间排列, 如图2所示;在走向上煤层厚度则表现为近东西向的波浪式变化, 如图3所示;在分叉区内煤层厚度变薄的特点十分明显。以白石山背斜为界, 煤层厚度北翼较南翼变化大, 南翼较北翼稳定。
井田内以4719-5118-5510一线为中心, 呈两端较窄中部较宽的SW~NE方向条带状范围内, 分岔为二11和二12煤层, 分岔带长5.5 km, 中部最宽2.9 km, 二12煤层距二11煤层3 m左右。在分岔区内, 二11煤厚两极值为0.84~5.91 m, 平均2.26 m;二12煤厚两极值为1.80~4.71 m, 平均3.50 m。二11煤层厚度明显小于二12煤层, 二11厚度变化幅度却明显大于二12煤层。分岔区煤层形态及煤厚变化特点如图4、5所示。
3.2 影响二1煤层厚度变化的因素
自晚石炭世晚期开始, 海水逐渐从本区向ES方向撤退, 开阔的陆表海逐渐转变成半闭塞式的浅水海湾。早二叠世早期山西组是在大规模海退过程中形成的。在海退过程中, 由晚石炭世的广阔陆表海碳酸盐台地和碎屑堡岛环境演化为半咸水海湾环境, 而后又被以碎屑潮坪、泻湖相为主的堡岛体系沉积所充填[2]。
根据井田内二1煤层厚度的特点分析, 煤层的赋存及厚度变化与本区岩相带分布基本一致。井田内厚煤层的形成与其以混合坪相为主的潮坪相相吻合, 泥炭的堆积主要取决于“基底平台”的沉积环境及其演化特点[3]。
井田内二1煤形成于湾内潮坪环境上。沉积环境的局部变化导致了沉积分异和泥炭沼泽发育的不均衡, 这是造成二1煤层分岔及厚度变化的直接原因。煤层分岔区属潮沟、潮池发育的地区, 潮汐水流的作用不利于泥炭沼泽的形成, 即使形成泥炭沼泽也晚于相邻地区。同时, 因受沉积分异作用影响, 这些地区泥炭堆积与基底沉降也不易保持平衡。在其它地区进行泥炭堆积时, 这些地区受潮汐作用, 泥炭沼泽的发育期短暂, 形成了较薄的二11煤层。当潮汐水流再次作用时, 在二11 (二1) 煤层之上沉积了潮沟及潮池沉积物。直到潮沟、潮池被淤塞填满之后, 才又和其它地区一起进行泥炭堆积, 形成井田内的二12煤层, 如图6所示。
以大占砂岩为代表的二1煤层顶板属下三角洲平原沉积, 井田内岩性为细粒砂岩和粉砂岩, 厚度变化较大。但与二1煤层之间普遍存在的含古尼罗蛤化石的海湾相泥岩沉积, 表明二1煤层的厚度没有受到大占砂岩的片流冲刷作用。
后期构造对煤层厚度变化的影响也不明显, 如在白石山背斜轴部的4514、4713、5002及5506一线 (煤层厚度分别为4.21、7.67、6.87、6.72 m) ;沟李封正断层下盘的4310、4311钻孔 (煤层厚度分别为6.62、5.82 m) , 煤层没有明显的增厚或变薄现象, 仅在局部地段使煤层结构、构造破坏, 形成碎裂、碎粒煤, 但原生结构尚可辨认。
4 结论
平顶山煤田首山一井二1煤层的厚度变化及分布规律, 主要是由成煤前的沉积环境决定的, 后期构造、大占砂岩的片流冲刷作用及其它因素影响不大。
参考文献
[1]河南省煤田地质局四队.河南省平顶山煤田首山一井勘探 (精查) 地质报告[R].平顶山:河南省煤田地质局四队, 1997
[2]河南煤田地质公司.河南省晚古生代聚煤规律[M].武汉:中国地质大学出版社, 1991