煤层厚度的主要影响因素探究

豆维维

（山西地宝能源有限公司，山西 太原 030045）

在经济社会发展过程中，煤矿开采工作发挥着十分重要的作用。虽然我国煤矿开采作业的起步时间很早，但因个别地区的煤层过厚，致使煤矿无法顺利、高效开采。不仅如此，地质构造的不同对煤层厚度也有着极大的影响，通过大量研究发现，不同的地质构造对煤层的影响极大，且不同的影响因素都会对煤层开采作业产生严重影响，如沉积环境、断层构造等。

1 工程概况

铜川矿业金华山煤矿地处渭北煤田南部，距离铜川市有20 km，该井田长5 km 左右，宽4 km 左右，占地面积约21.7 km2。据了解，矿山开发煤层主要为石炭纪太原群5 号，该煤层开采顶板往往会受二叠纪山西组承压水层的影响，深度远高于承压水高程[1]。在金华山矿井中，开拓巷道与回采巷道等存在紧密的联系，而回采工作面却经常出现煤层变薄、变厚等问题，如果煤层厚度发生变化，无论是对作业面的回采操作，还是对巷道掘进施工都有着严重影响，针对此，煤矿企业必须合理采取巷道支护措施，如若情况较为严重，则会使采掘部署无法实施。在此背景下，本文结合采掘揭露资料，对影响煤层厚度的相关因素进行了分析，发现地质构造不平、构造变动，尤其是断裂构造等都会对煤层厚度产生影响。

2 地质构造对煤层的影响分析

2.1 泥炭沼泽基地不平

在煤矿开采作业中，煤层经常受到泥炭沼泽基地不平的影响，这不仅会增加或减少煤层厚度，甚至会出现煤层歼灭问题。煤矿工作面底部起伏变化大，顶层较为平坦，煤层变薄的方向和底板凸起的方向一致，并且厚度变化呈现出渐变态势，依据煤层底板接触面，可发现煤层的层理被截断。如矿东3603 综采工作面，在回采作业中发生了底鼓问题（见图1），工作面地层夹矸不连续被截断[2]。

图1 综采工作面回采期间出现的底鼓问题

2.2 河流同生冲蚀

据了解，煤矿工作面的煤层存在透镜状冲蚀带岩体，煤层厚度很薄，甚至出现很多夹石层，期间有大量的砂质泥岩与粉砂岩煤，煤层中间也有大量的冲刷物，而煤层与冲刷物都在同一层顶板。就如矿西3208 工作面在回采作业前期，工作面存在很多夹矸层（见图2），煤层厚度也急剧变薄，据调查，夹矸层间存在很多黄铁矿结核[3]。

图2 工作面回采初期夹矸层情况

2.3 煤系后生冲蚀

在煤系后生冲蚀影响下，煤层是以条带状趋势进行变化的，并且煤层变薄的范围极广，是以定向分布的形式进行变化。据了解，5 号煤矿的上层碳质泥岩夹矸受到了冲蚀岩体的破坏，不过煤层顶板并未受到影响，而冲蚀面犹如锅底形状。以煤矿东侧3603综采工作面为例，在回采到170 m 时，工作面70 架处顶板进入工作面，被作业人员误视为顶板压梁，但经进一步跟踪发现，煤层的上夹矸发生中断情况，而直接顶岩性和下降段岩性的砂质不同，且与煤层共在一个顶板，具体冲蚀情况如图3 所示。

图3 综采工作面后生冲蚀现象

2.4 地质构造变动

2.4.1 断裂构造

在实践作业中，煤层顶底板岩层存在很多裂隙，而且煤层产状变化较大，顶底板还出现不平行问题，结构变化滑面不断增多。在开展掘进工作时，煤层顶底板易发生顶板下降、底板上升问题，甚至会导致工作面变成全岩巷道。以3101 工作面为例，在掘进作业时顶板降到了工作面，导致工作面变成半煤岩，通过对工作面持续观测，发现其是斜交正断层要求下扎撵煤，相关煤层情况如图4 所示。

图4 受断裂构造影响的煤层情况

又或者是3604 通风巷，在开展掘进作业时只有一个工作面是全岩，通过观测工作面发现其属于灰色砂质泥岩，其中有大量的云母碎片，初步判断此工作面是5 号煤层顶板岩性，通过将其与柱状图对比，断定此断层是上盘下降之正断层。

2.4.2 层间滑动

煤层结构在遭受破坏后，会出现大量裂隙，裂隙面上也会存在擦痕。通常情况下，煤层地质较为松软，有的甚至为粉末状，煤层厚度也是以条带状沿着构造方向不断变化。如3209 综采工作面，在回采作业前期经常出现薄煤带，局部还存在煤层揉搓面，在地质构造应力的作用下煤层处于酥软状态，并且在90 架处顶板发生突增并进入工作面。

2.4.3 褶皱构造

因地壳处于运动状态，岩层间的水平被打破，在此背景下，施加在岩层表面的垂直压力发生变化，此变化对煤层有着较大的影响，甚至会导致煤层发生形变，如煤层会呈现出波状弯曲态势。相较于其他影响因素，褶皱构造不会破坏煤层连续性，只是受地壳运动的影响而出现煤层变形，并不会改变或造成断层问题。并且此变形存在一定规律，如呈波状弯曲形态。通常情况下，褶皱构造分为向斜、背斜两种形态，由于地壳运动形成的压力不同，在方向、力度等方面也有很大差别，而煤层不同于岩层，煤层本就较为松软，所以一旦受到外界压力作用很容易发生变形，或是出现挤压现象。因此，褶皱构造的出现会使煤层受到外界压力作用而出现不同程度的变形，且此变化极为明显。

此外，地表运动会形成较大的垂直作用力，受此作用力影响，导致煤层褶皱区域褶曲轴受力过大，再加上两翼部位受力较小，所以会出现褶皱两翼变厚、轴部变薄等问题。反之，若煤层受到的作用力是横向压力，那么煤层褶皱处的两翼部位会高过轴部，这样便会导致煤层出现塑性流动情况，而煤层褶皱两翼层会不断变薄，轴部厚度会逐渐增大。据资料调查，如果煤炭褶皱大且不对称，在受到不同压力的影响下，煤层会发生不同程度的变化，这不仅不利于煤层开采作业，还会对作业人员的生命财产安全造成威胁。若煤层局部区域变厚或变薄，也会加大工程作业的难度，而这不仅会导致煤层回采率下降，还会造成大量资源被浪费。

2.4.4 沉积环境

在分析沉积作用对煤层厚度产生的影响时，煤矿企业需对以下方面进行考虑：

1）沉积环境对煤层厚度产生的影响。如今人们生活的陆地在千万年前是一片海洋，如今的海洋地区在早期可能是一片峻峰。随着千万年的演化、发育，地球的地形也在不断变化，而煤层的厚度也会随着地形的改变而发生变动。由于古地形的演化发育会受很多因素的影响，所以也会出现起伏不平等问题，而随着地形起伏的不同，煤层厚度也会出现显著变化[4]。就如一些地区在受古地形演化后，会出现煤层底板不平的问题，但煤层的顶板却未受影响，一直处于平坦状态。

2）沉积断层对煤层厚度产生的影响。沉积断裂活动造成的煤层厚度变化是结合地壳运动理论得出的。在受到地壳运动的作用时，煤层会发生变化，而在此变化期间，地壳运动形成的力会导致煤层出现不同程度的断裂情况，一旦出现严重断裂，煤层两侧势必会发生沉降问题，而断裂区域两侧的煤层厚度也会发生明显变化。通常情况下，厚度较大的煤层会出现在下降断层中，厚度小的煤层会出现在上升断层中。

2.4.5 岩浆岩侵入

如今，我国超过30%的煤矿资源都发生了岩浆岩侵入问题，而此问题一旦出现，必然会对煤层产生严重性破坏，如破坏煤层的连续性、完整性。同时受此影响，煤矿的开采难度会急剧增加，而煤矿资源的利用率也会大大降低。此外，如若煤层遭受岩浆岩侵入，不仅煤层质量会下降，各种指标数据也会发生变化，这无疑会增加煤矿开发和利用的难度[5]。岩层在遭受岩浆岩侵入前质量极佳，并且有着较大的应用价值，但一旦被岩浆岩侵入，煤炭极易变成天然焦炭，而其自身的工业价值也会大幅降低。同时岩浆岩侵入煤层还会产生吞噬影响，这不仅会降低煤层厚度，还会改变其结构，从而变得更加复杂。据了解，很多煤层在受到岩浆岩侵入后结构都出现了无规则情况，所以在开采煤矿的过程中，煤矿企业要先了解岩浆岩对煤层的侵入程度，这样才有利于后续开采工作的进行。

3 地质构造形成分析

3.1 泥炭沼泽基地不平

若处于煤炭堆积时期，泥炭沼泽基地无法达到完全水平状态，经常会出现起伏情况。在沼泽发育前期阶段，植物的遗骸会堆留在低洼区域，从而形成泥炭层并相互隔绝，而由于形成的煤层厚度较薄，所以极易出现歼灭情况，不过随着泥炭层的堆积，煤层会不断变厚，进而再次连成一片。

3.2 河流冲蚀

煤层形成期间常会受到河流的冲蚀，有的是在形成期间受到冲蚀，有的是在顶板形成前，这也被称为同生冲蚀。

3.3 地质构造变动

煤层形成后会受到地壳运动作用，在煤层遭受地质构造挤压时，因煤层要软于上下岩层，在庞大压力的作用下煤层很容易发生塑性流变，并且会向压力小的区域汇集，所以煤层的厚度会发生较大的变化[6]。

4 结语

煤层厚度的变化不仅是受单个因素的影响，而是多个因素联合影响造成的。而对于铜矿山的不同煤层与部位，其引起煤层厚度发生变化的因素也不一样。有些煤层变化属于原生变化，有些是受冲蚀或构造挤压发生变化，所以在煤矿开采作业的过程中，煤矿企业必须综合分析上述情况，只有这样企业才能精准掌握煤层厚度的变化特点，从而使煤矿采掘工作顺利、有序进行。