小康井田“煤层缺失变薄带”赋存规律及成因探究

史建军

摘要：利用小康矿现有地质资料重新进行分析，运用地质力学原理，研究探讨了本区“煤层缺失变薄带”构造特征、组合规律及力学成因，确立了本区特有的“煤层缺失变薄带”构造形态，对生产建设具有重要指导意义。

关键词：小康井田；煤层缺失变薄带；成因；赋存规律

小康矿自1990年11月15日投产以来，在采掘生产过程中，“煤层缺失变薄带”这一特殊地质构造陆续在掘进、回采过程中出现（以下简称“无煤带”）。本文从探索无煤带成因入手，进而掌握“无煤带”的赋存规律，以指导采掘工程的设计与施工，避免或减少“无煤带”给煤矿安全生产带来的影响。

1 矿井概况

小康煤矿隶属于铁法煤业（集团）有限责任公司。小康煤矿井田煤系地层沉积类型为内陆山间湖泊、沼泽相，形成于中生代晚侏罗纪，岩层结构多为复合层。成岩度低，岩石暴露于空气中即发生软化及崩解，强度损失快。小康煤矿采用中央立井单水平上下山开拓，中央并列式通风方式；井底车场水平标高为399m（深度482m），回风水-平标高-398m（深度481m）。井下生产实施“一井一面”集约化生产模式，煤炭运输实现胶带连续化，主要生产系统实现了监视监控。

2 小康井田构造形迹分析

小康井田现今构造形迹是多期构造运动的综合产物。小康矿坐落在三台子盆地，三台子盆地形成后的构造应力场演化可划分为4期，因此，小康井田现在大部分的构造形迹都是两次或多次构造运动的产物，前期的构造形迹与后期构造形迹必然相互影响，主要表现在前期构造形迹对后期的构造形迹的控制，后期构造形迹对前期构造形迹的利用、改造。利用突出地表现在后期构造运动沿用、迁就先存的断裂面，改造则是指后期构造运动改变了原构造形迹的力学性质或形态特征等。

3 无煤带的成因类型

经井下实际揭露和研究前人积累的大量的矿井地质资料，我们认为小康井田无煤带的成因类型既有构造一沉积复合成因的，也有单一构造成因的。

（1）泥炭堆积前或堆积期底板上隆形成的无煤带简记为Ⅰ型无煤带。这种无煤带是由于煤层底板在泥炭堆积期前或泥炭堆积过程中，因构造原因上隆，造成局部覆水变浅，不利于煤炭堆积而形成的。

（2）泥炭堆积期同沉积断层形成的无煤带

简记为Ⅱ型的无煤带。这种无煤带的主要特征是在同沉积正断层两侧的煤厚突然变化，并且这种同沉积断层在煤层顶面终止而不延伸到顶板岩石中。

（3）泥炭堆积后（准同生期）上隆一侵蚀无煤带

简记为Ⅲ型无煤带。其煤层顶板下蚀形成的无煤带并非通常由顶板砂砾岩或砂岩沉积时下蚀而成的河流冲刷带，而表现为油页岩或泥岩与煤层间为一个或数个波曲形界面，每个下凸波曲部分相当于前述的无煤带弧形下凸体。下凸界面并非圆滑，是由多个小的起伏构成的，界面明显切割了煤层及其夹矸薄层，界面下凸处无煤带程度最大（图1）。

尤其值得注意的是，这种无煤带还具有以下几点重要特征：①分布具有方向性；②多发育于次一级小背斜核的顶部；③煤层变薄、缺失带之下或邻近煤层及夹矸常伴有小型塑性刺穿的“底辟构造”（图2）。

（4）泥炭埋藏后断层形成的无煤带

简记为Ⅳ型无煤带。形成这种类型的煤层变薄、缺失带的断层有以下两种情况：

①Ⅳ-A型煤层变薄、缺失带

这种无煤带的特点断层面呈下凸的弧状勺形，同一断层的性质（两盘相对位移方向）随弧状断层的倾向改变而不同（图1）。

②IV-B型无煤带

这种无煤带的特点是断层面相对平直的正断层，倾角变化较大，但多>45°，落差多<5m，在断层处形成煤层突然中断或错位（图2）。

4 “无煤带”赋存规律的研究

为了科学地研究“无煤带”赋存规律，我们先后利用了三维地震勘探技术和煤矿地震数据动态解释系统及地测空间管理信息系统软件。

我们利用上述技术手段，终于摸清了“无煤带”的赋存规律如下；

（1）“无煤带”平面分布的形状一般为条带状，个别的一端分叉。“无煤带”长度一般50～700m，宽10～70m。“无煤带”的平面分布有一定的分区性。

（2）“无煤带”多分布在煤厚异常区；地震反射波的异常区；泥岩段沉积期和断层构造的陡坡区；断层发育地段。

（3）煤层中出现“无煤带”大多底板不断开，靠近“无煤带”两端其煤层急剧上下弯曲，无明显滑面。“无煤带”的岩性呈片状，遇风和水易泥化且膨胀的油页岩

（4）北一采区的“无煤带”总体呈近南北向或由北北东向；而南一、南二采区最发育的“无煤带”呈北西西向。

（5）“无煤带”常与断层相伴。即出现了大断层其附近必伴生有“无煤带”；出现15m宽以上的“无煤带”常会伴生小断层。

（6）“无煤带”的发育程度在井田西部高于井田东部；在南二采区东北部高于南部，东部高于西部。

5 研究“无煤带”成因及赋存规律的意义

5.1 对今后地质工作的指导作用

小康井田“无煤带”成因及赋存规律的研究，完善了构造地质学的体系；扩大了矿井地质工作的视野；明确了矿井构造地质研究的重点：提高了矿井地质工作的超前意识；促进了矿井地质工作为矿井安全生产服务的深度。为在小康井田乃至整个三台子煤田解释“无煤带”构造提供了经验。

5.2 對采矿生产的指导作用

（1）随着机械化程度的提高，大功率采煤机组的应用及“无煤带”成因及赋存规律研究成果的应用，扩大了采区和工作面的有效面积，为采掘接续、长远规划和布置高产高效大功率工作面提供了地质依据。

（2）“无煤带”成因及赋存规律研究的应用对于采区设计和工作面布置将产生积极的深远的重大影响。

（3）通过对采掘过程中遇到的无煤带的分析判断，可对采掘工作面按合理层位回采及掘进、巷道改造及提高回采率等方面提供有力的理论支撑。