青东煤矿7#煤层构造煤分布规律及其控制因素

董　旭,　姚多喜,　梁泽鹏

(安徽理工大学 地球与环境学院, 安徽 淮南 232001)



青东煤矿7#煤层构造煤分布规律及其控制因素

董旭,姚多喜,梁泽鹏

(安徽理工大学 地球与环境学院, 安徽 淮南 232001)

为研究构造煤对煤与瓦斯突出的控制作用，通过解译钻孔测井曲线,结合现场揭露情况,对7#煤各钻孔构造煤厚度进行了判识,并利用软件Surfer 8绘制了7#煤构造煤厚度等值线图,在此基础上对7#煤构造煤分布特征及控制因素进行了分析。结果表明:7#煤构造煤普遍发育,东部构造区较为发育,且构造煤厚度变化较大;中部构造区,构造煤厚度分布稳定;在西部构造煤在向斜核部较发育,两翼相对变小。井田构造分布受褶曲构造和断裂构造的影响。

青东煤矿; 构造煤; 地质构造; 控制因素; 分布规律

0　引　言

构造煤是指煤层在构造应力作用下发生挤压、剪切、变形、破坏或强烈的韧塑性变形及流变迁移的产物[1-2]。大量的现场调查表明:煤与瓦斯突出都选择性的发生在构造煤存在的区域,构造煤是煤与瓦斯突出的必要条件[3]。对于构造煤的分布规律及其控制因素,国内外很多学者都对其进行了相关研究[4-9]。其中，富向等通过对构造煤与非构造煤在微观结构上的差异分析,研究构造煤的瓦斯放散特性[6];乐琪浪等从层滑构造的角度探讨了构造煤的成因及分布规律,研究了煤与瓦斯突出问题和构造煤的关系[7]，Mastalerza M等研究得出构造煤的平均极限吸附量比原生结构煤大21.26%,最大达到74%[8]，Stach E等根据煤层构造变形后的破坏程度,划分出不同类型的构造煤[9]。文中通过对青东煤矿7#煤层进行了分析,并利用钻孔测井曲线和现场观测两种方法对比分析了7#煤层构造煤的分布规律和影响构造煤分布的因素。

1　井田概况

青东煤矿位于淮北煤田的中部,临涣矿区的西部。东以大刘家断层与海孜煤矿相邻,西至F9断层,北有宿北断裂,南有孟集断层,处在近东西向与近南北向断层形成的夹块内,属箕状断块式控煤构造。

井田受印支期构造、燕山期和新构造期等多期构造的影响。构造主体表现为走向北西～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°,沿走向方向出现一定规模的地层起伏或次级褶曲;共查出落差3 m以上的断层220条(≥10 m的断层99条,<10 m的小断层121条),其中正断层216条,逆断层4条;局部有岩浆岩侵蚀,构造复杂程度为中等。

目前，矿井主采煤层7#煤层,位于下石盒子组下部,煤层厚0～5.12 m,平均1.75 m,中厚煤层为主。全区含煤面积37.62 km2,其中可采面积28.09 km2,可采系数74.7%,在106个穿过点中,可采点90个，不可采点8个，尖灭点7个,岩浆岩吞蚀点1个,可采性指数85.0%;不可采区主要分布在矿井中西部的中深部地段。

2　构造煤的分布特征

2.1构造煤判识

现场观测和测井曲线是获取构造煤资料的主要途径。

2.1.1现场观测井下构造煤

为了便于实际操作,将煤的破坏类型划分为三类:I为正常结构煤、Ⅱ为过渡结构煤、Ⅲ为构造煤。

726工作面腰巷,位于Y6点前16 m处,观察点可见煤层顶板,未见煤层底板,观察点煤层厚约3.10 m,整体结构完整。自上而下分4层(图1),分层1属Ⅱ类煤,厚约0.60 m,煤体结构完整,原生结构可辨,煤的宏观煤岩类型为半亮型;分层2为Ⅰ类煤,厚约0.30 m,煤体结构完整,煤坚硬,原生结构可见,有少许镜面发育,煤的宏观煤岩类型为光亮型;分层3属Ⅱ类煤,煤约0.54 m,原生结构可辨,有少许镜面发育,煤的宏观煤岩类型为半亮型;分层4属Ⅲ类煤,厚约1.66 m,煤体结构十分破碎,呈碎粒-粉末状,煤的宏观煤岩类型为半亮型。

728工作面风巷外段,在F1点前21.20 m处。观察点煤层整体破碎,煤层厚约2.80 m。自上而下分4层(图2),分层1属Ⅰ类煤,厚约0.42 m,煤体结构完整,煤坚硬,条带结构完整,块状构造,原生结构可见,煤的宏观煤岩类型为半亮型;分层2为夹矸;分层3属Ⅱ类煤,厚约0.54 m,原生结构可辨,煤的宏观煤岩类型为光亮型;分层4属Ⅲ类煤,厚约0.38 m,结构破碎,呈碎粒-粉末状煤的宏观煤岩类型为半亮型。

图1　726腰巷观察点煤层各分层实物

图2　728风巷外段观察点煤层各分层实物

2.1.2测井曲线解释构造煤

视电阻率电位曲线(DLW)和人工伽玛-伽马曲线(HGG),是煤体物理性质反映最明显的两种测井曲线。构造煤中的孔隙较发育,含水量较大,导致构造煤分层的视电阻率电位曲线幅值相对较小,由于构造煤的密度比正常煤的密度小,且易于垮落,又导致构造煤的人工伽玛-伽玛曲线幅值相对变大。

这两条曲线的变化是判识构造煤的主要依据。如果某煤层或煤层内某分层的这两条曲线有如此变化特征,即视电阻率电位曲线相对减小和人工伽玛-伽玛曲线的幅值相对增大明显,则可判定为构造煤;这两条曲线没有如此对应变化,则可判定为正常煤;介于两者之间的被判定为过渡煤[10-11]。

通过现场观测,确定构造煤的厚度,并根据邻近钻孔的测井曲线,利用软件Surfer 8绘制出7#煤构造煤的厚度等值线图(图3)。

图3　7#煤构造煤厚度等值线

2.2构造区内构造煤分布特征

对7#煤层共分析了98个钻孔的测井曲线。由于《防治煤与瓦斯突出细则》没有规定具有突出危险性的Ⅲ类煤分层厚度的临界值,参照其他矿井的经验,取0.40 m为预测突出危险性的临界值。

(1)东部构造区。构造煤平均厚为0.81 m,在统计的37个钻孔中,构造煤厚主要集中在0.40～1.60 m。该区断裂构造发育较好,构造煤较厚,厚度变化较大。

(2)中部构造区:构造煤平均厚为0.64 m,在统计的29个钻孔中,构造煤厚集中在0.40～1.00 m。该区构造煤层厚度较稳定。

(3)西部构造区。构造煤平均厚为0.73 m,在统计的32个钻孔测井曲线中,构造煤厚主要集中在0.50～1.80 m。该区构造复杂,构造煤层较厚。蒋瓦房向斜两翼构造煤逐渐变薄,核部相对较厚。

总体上,青东煤矿7#煤层,构造煤较发育,构造煤厚度不稳定,受断裂构造的影响,断层附近构造煤厚变化较大。东部构造区构造煤厚度变化较大;中部构造区构造煤厚度相对稳定,浅部煤层受风氧化带的影响，构造煤厚相对较厚;西部构造区构造煤相对较厚,构造煤厚度较稳定,蒋瓦房向斜轴部向两翼呈现逐渐变薄的趋势。

3　构造煤分布的影响因素

3.1褶皱构造

3.2断裂构造

4　结　论

(1)通过测井曲线判识构造煤分层是预测构造煤分布情况的较好方法;其中视电阻率电位曲线和人工伽玛-伽玛曲线所反映的信息比较敏感和有效。

(2)井田内7#煤构造煤普遍发育,在东部构造区构造煤厚度变化较大,受断裂构造影响较大;中部构造区构造煤的厚度较稳定;在西部构造煤因受到褶曲构造的影响,在蒋瓦房向斜轴部构造煤较厚,向两翼呈现逐渐变薄的趋势。

(3)井田内7#煤层构造煤发育及分布的控制因素主要有褶曲构造和断裂构造。

[1]张玉贵, 张子敏, 蓸运兴. 构造煤结构与瓦斯突出[J]. 煤炭学报, 2007, 32(3): 281-284.

[2]张子敏. 瓦斯地质学[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社, 2009.

[3]徐学峰. 逆断层区构造煤形成机制及分布规律的数值模拟[J]. 煤田地质与勘探, 2012, 40(2): 6-8.

[4]王来斌, 沈金山, 高锡擎, 等. 任楼井田82煤层构造煤分布及其控制因素[J]. 煤炭科学技术, 2011, 39(10): 112-116.

[5]胡广青, 姜波, 陈飞, 等. 不同类型构造煤特性及其对瓦斯突出的控制研究[J]. 煤炭科学技术, 2012, 40(2): 111-115.

[6]富向, 王魁军, 杨天鸿. 构造煤的瓦斯放散特性[J]. 煤炭学报, 2008, 33(7): 775-779.

[7]乐琪浪, 陈萍, 周建设, 等. 构造煤分布发育特征及其层滑构造的关系[J]. 煤炭科学技术, 2010, 38(11): 112-115.

[8]MASTALERZA M, GLUSKOTER H, RUPP J. Carbon dioxile and methane sorption in high volatile bituminous coals fron lndiona [J]. lntemational Joumal of Coal Geology, 2004, 60(1): 43-55.

[9]STACH E, MACKOWSKY M T H, TEICHMIILLER M, et al. Stach’s textbook of coal petrology[M]. Berlin: Gebruder Borntraeger, 1982: 381-413.

[10]严家平, 定武. 利用煤田钻孔测井信息判识祁东煤矿构造煤的理论与实践研究[J]. 矿业安全与环保, 2003, 30(6): 37-38.

[11]孙四清, 陈致胜, 韩保山, 等. 测井曲线判识构造软煤技术预测煤与瓦斯突出[J]. 煤田地质与勘探, 2006, 34(4): 81-82.

(编辑王冬)

Qingdong coal mine 7#coal seam structure coal distribution laws and its controlling factors

DONGXu,YAODuoxi,LIANGZepeng

(School of Earth & Environment, Anhui University of Science & Technology, Huainan 232001, China)

Aimed at identifying the control effect of tectonic coal distribution on coal and gas outburst, this paper identifies the thickness of tectonic coal found in 7#coal seam structure by interpreting borehole logging curve and combined with field investigation and offers contour map of tectonic coal thickness in 7#coal seam structure, developed by using software Surfer 8 and gives an analysis of tectonic coal distribution of 7#coal seam. The results show that tectonic coal in 7#coal seam is found to be generally developed; eastern tectonic zone is better developed, with a greater variation in tectonic coal thickness; central tectonic zone has the stable distribution of tectonic coal thickness; and western tectonic zone is marked by relatively developed syncline core, with the two wings staying relatively smaller. Ida structure distribution is subjected to folding structure, faults and ground stress factors.

Qingdong coal mine; tectonic coal; geological structure; controlling factors; distribution law

2013-05-30

董旭(1986-)，男，安徽省利辛人，硕士，研究方向：矿井地质及水文地质，E-mail：419072961@qq.com。

10.3969/j.issn.1671-0118.2013.04.012

TD713.1

1671-0118(2013)04-0364-03

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