煤中夹石层的成因类型探讨及对实际工作的指导作用

周 洪

神华神东煤炭集团公司地测公司，内蒙古伊旗 017205

1 概述

煤层中经常出现一层或数层夹石层，这些夹石层有的厚度不大，一般在0.03～0.1m之间，沉积较稳定，分布范围较广，但对生产影响不大，可作为局部区域煤岩对比的标志层。有的厚度变化较大，由0.1m～1.5m甚至更厚。使煤层变薄分叉，对工作面布置和生产影响较大。如何根据已揭露的夹石层特征来预测掘进前方夹石层和煤层的变化情况从而指导生产，是摆在矿井地质工作者面前的一项重要任务。

2 煤中夹石层

又叫夹矸石。是与煤层同时形成的，赋存在煤层中的一层或数层外形呈层状，局部呈结核状和透镜状的厚度小于煤分层的、由炭质泥岩、砂质泥岩、细、粉砂岩和铁质结核组成的岩石。它是原始泥炭沉积受各种地质和地理因素影响，出现不同沉积间断的一个标志。也是煤炭生产过程中影响煤质、安全、工程进度和材料消耗的一个不可忽视的地质体。

3 煤中夹石层的分类

神东矿区煤层中的夹石层大致可分为两大类；一类为薄层状的泥岩夹石层，厚度在0.03m～0.07m之间，在一定范围内分布，其表面一般呈褐黄色，局部为结核状形态，具一定水平纹层、质软。已形成的结核体镜下观察其成分为粗晶颗粒状凌铁矿的结核体，质较硬。泥质物为高岭石和粘土矿物。该层一般在煤层的中上部，较稳定，可作为一定区域煤层对比的标志层；另一类为泥岩和细、粉砂岩组成的夹石层。一般分为上、下两层：上层由细、粉砂岩组成且底部有薄层状的炭质泥岩过度层，细、粉砂岩内不具任何纹层构造，泥质胶结，结构无明显分异现象，厚度不稳定，一般向煤层分叉、变薄处增厚。下层为薄及中厚层（0.05m～0.1m）状的泥岩，致密块状结构，质地较均一，平坦断口；单独存在时呈褐黄色，与炭质泥岩和细、粉砂岩共存时呈灰黑色。具静水环境下湖泊相沉积的特点。局部区域有时受冲刷被砂岩替代。

4 煤中夹石层可能的古地理形成环境

从目前矿区勘探和开采已掌握的资料中未发现海相沉积岩层（石灰岩和泥灰岩等）。

另外从已收集到的孢粉和微古生物分析表明，没有海相成分存在。由此可以看出神东矿区的含煤地层属陆相沉积。根据含煤地层的岩相组分等推断，最具河流冲击平原型的特点。这种沉积环境又分为河道边缘型和河道淤积型两种。河道边缘型是在河谷下游和三角洲平原上游的河道边缘地段，当暴洪泛滥时易形成一系列的河道边缘堤后沼泽和泛滥盆地沼泽。这些沼泽有时扩展的很大，成为成煤的主要场所。沼泽中有的排水性能好，有的排水性能差。排水性能差的沼泽持续被水覆盖，有机物连续快速堆积，沉积界面持续覆水，成为厚层泥炭聚集的适宜地点，易形成较厚煤层。而和河道相邻的排水性能良好的沼泽，有机物暴露在大气中被氧化，粘土蚀变成高岭石，黄铁矿也变为菱铁矿及其它含铁氧化物。由于作用时间短，规模小，在岩性组分和厚度上就形成了第一类薄层泥岩夹矸。此外，泥炭沼泽还经常受到越岸洪积物和决口扇沉积物的影响，使泥炭中形成其它夹层或终止泥炭堆积。煤中常见的厚0.3m的或更厚的细粉砂岩和炭质泥岩即为该种状况下的产物，也即第二类夹矸层的形成条件。待决口扇停止发育，泥炭沼泽又迅速扩展，煤层朝决口扇方向变薄、分叉和尖灭。

河道淤积型沼泽也是一种常见的成煤亚环境。当冲击平原河谷下游和三角洲平原上游沼泽地段的环状曲流或支流河道废弃时，易发展成湖泊而又逐渐被相邻天然堤或洪泛带来的碎屑物质充填，使水逐渐变浅成为泥炭沼泽。有时在稳定的平原上易形成厚煤层。这种沉积类型的特点是煤系地层在沉积时其河流类型有变化，在沉积下部砂岩带时为瓣状或低弯度性状；在沉积上部页岩带时变成了高弯度曲流河；煤层大部分出现在上部页岩带中，这种变化可能是形成砂岩带的河流，由于基底高程变化伴随着沉积物粒度变细和数量减少，出现粘土颈，阻止河流侧迁，初步形成稳定的河流弯曲带，接着逐步形成广阔的洪泛盆地和泥炭沼泽，沼泽内植物繁茂、生物残体迅速垂向淤积且水位一直处于不太深也不太浅的位置，十分有利于厚煤层的形成。与此同时，泥炭沼泽内的水流有时不免要受到局部范围的洪泛和决口扇的影响，使煤层中出现朝洪泛和决口扇方向由厚变薄的细、粉砂岩和炭质泥岩夹层，该层即为第二类夹矸的形成。先前提到的数量较少的粘土岩颈，易形成薄层状的粘土岩夹矸层和以后在成岩过程中矿物质重新组合在局部形成了铁质结核体，也即第一类夹矸石的形成条件。这也就是煤层中有的薄层夹矸仅在一定范围存在的原因。

两种夹矸层虽在成因上有所不同，但它们的出现都表明了原始沉积环境在一定区域内动荡的洪泛和水流携带的碎屑物质对泥炭沼泽的侵蚀、冲刷和替代，预示着煤层在某一方向和区域内将发生一定的变化。研究其生成条件和变化规律对指导实际工作中的煤岩对比和提前预测煤层变化具有一定的意义。

笔者在此例举神东煤炭集团公司补连塔矿在掘进1-2煤4盘区巷道时对煤层中出现的夹矸层，利用沉积环境理论和夹矸层的沉积特点，参照邻近钻孔资料成功预测掘进前方煤层及夹矸层的变化情况以及由于对煤层分叉及煤分层的正确判定，修正了原地质报告中将1-2下煤错划为2-2上煤的情况，在此供读者和同行们借鉴。

4.1 （示例一）

2007年6 月补连塔矿在掘进12401回、运顺时由于煤层逐渐变薄，在掘到运顺69联巷时因煤层起伏变化大在破底时发现下部又出现一层煤层，厚度在1.5m左右，与上部1-2煤间距仅0.4m～0.5m，夹石层岩性主要以细、粉砂岩为主，底部为薄层状的灰色泥岩。与之同向掘进的12401回顺和辅巷在掘到62联巷时打接地地锚时也发现了1-2煤底板下也有同样厚度的煤层，间距为0.4m左右，夹石岩性与运顺相似。仔细研究两层煤之间的夹石层岩性发现，上部的细、粉砂岩大体呈均质块状、不具任何纹层构造的层理。内部组分均.一，组分和结构均无分异现象，由此推断是沉积物质快速堆积来不及分异的情况下形成的陆相沉积，是典型的山前洪水陆相沉积现象。其夹石类型属第二类型的煤层分叉夹矸类型。根据巷道掘进前方夹石层有变薄的迹象，初步确定洪水沉积的决口扇方向为由东南向西北扩散，巷道是由煤层分叉区进入合并区，两煤层之间的夹石层在一定位置会消失。而根据其沉积环境分析和附近钻孔资料，巷道在进入合并区时煤层会逐渐变薄，巷道支护也将变为全岩锚杆支护，相对前段已掘巷道支护效率将变低和安全系数变小。为安全掘进，矿上依据上述分析资料果断决定留护顶煤沿下分层掘进。这样既提高了掘进速度、增大了安全系数，又可在回采时额外增加部分资源回收率，一举两得。最终的结果是1-2与1-2下两层煤间的夹石层分别在掘到回顺72-73联巷和运顺92-93联巷间消失。预先对夹石层成因类型的分析结果在实际应用中得到了很好的验证。由于上述新掘区域煤层分叉的出现，结合原井田煤层划分的情况，将原井田地质报告中将1-2下煤错划为2-2上煤层予于更正。

4.2 （示例二）

2008年6 月，补连塔矿在掘进12412运顺和12413回顺时，在掘到53联巷时煤层中部出现了一层褐黄色的泥岩夹石层，外形呈致密块状，具平坦断口。其厚度随掘进长度的增加有逐渐增厚的趋势。在掘到63联巷时其厚度由开始的0.03m变为 0.18m左右，并且在其上部又出现了一层灰白色的细砂岩，其厚度随掘进长度的增加明显增厚，但其下部的泥岩厚度变化甚微。仔细观察岩相，其下部泥岩呈致密块状，组分较单一，类似静水环境下的湖泊相沉积。上部的细、粉砂岩其内部组分较均一，外形呈无明显分异现象的块状结构，与前相似，是形成于快速堆积、沉积物来不及分异情况下的洪水沉积物。由厚度逐渐增厚判断，是决口扇越岸洪积物的前端，也即是煤层分叉的开始。鉴于12401回、运顺掘进时的情况，参照掘进区附近钻孔煤岩对比资料，基本弄清了该区域煤层的赋存情况。即：掘进前方巷道是由煤层合并区进入分叉区（由1-2煤进入1-2与1-2上煤分叉区域）。这一点与12401回、运顺掘进时的情况正好相反。为及时准确的指导掘进，我们绘制了相关区域煤层分叉夹石层等厚线和1-2与1-2上煤层等厚线图，矿上根据掘进前方煤层赋存的预测情况及时修改了设计，将原岩石掘进量较大的一段12413回顺和12418回顺改为提前与运顺平行掘进一段距离进入较适宜的回采煤层后再掘回撤通道和进入12418回顺掘进，减少了半煤岩巷掘进近600m，大大提高了工效，降低了成本，达到了一定的经济效益。

5 结论

深入分析研究和探讨利用煤中夹石层的不同成因类型，对煤层对比、预测煤层分叉和尖灭，重新划分煤层和合理布置工作面，正确指导生产掘进、避免不必要的深孔勘探、提高矿井地质人员的业务素质、开展学术交流和业务探讨、更好的服务于生产，有着及其重要的意义。

[1]沈襄鹏 沉煤环境对煤层煤质及开采技术条件的控制作用[J].煤田地质与勘探，1986(3)：8-12.