濟三煤礦無煤區域的認識①

摘 要：巷道掘進揭露煤層急劇沖刷、斷裂構造、煤層地下露頭時，煤層突然缺失，造成施工錯誤。造成煤層缺失的地質因素很多，而不同的地質因素所造成的無煤區域特征及發育規律又各有不同。只要正確判定不同地質因素所造成的無煤區的類型，并根據相應規律，利用相應資料，才能預測、圈定掘進巷道揭露無煤區的總體形態。

關鍵詞：無煤區 特征 物探

中圖分類號：TM628 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（a）-0107-03

濟寧三號煤礦在生產實踐中常揭露無煤區，而這些無煤區的特征、形態差異性很大，如果對無煤區判斷失誤，小則造成報廢巷道，損失煤量；大則導致礦井開拓部署不合理。按照煤厚變化的理論，對這些無煤進行分析，按地質成因將無煤區分為沖刷、構造運動影響、沉積盆地邊緣沉降三種，以期根據其不同特點，開展礦井地質工作，事先預測和查明可能出現的無煤區。

1 煤層沖刷無煤區

水流對煤化作用前的泥炭層或之后的煤層進行沖蝕造成煤層缺失，該種類型的無煤區主要受控于古河流。

在濟寧煤田，石炭—二疊系發育的古河道是三角洲平原上分流河道系統，因此，河道的分支、小型水道及決口水道比較發育。河道總趨勢是由北而南分布，河道的流向是從北往南。從河道發育的特點看，北部主河道發育，南部支流和小型水道發育。通過煤田及區域資料可以清楚地認識主河道的發育位置和特點。因為古河道沖刷除了主河道外，還發育若干個分支河道或溝渠、沖決扇、沖溢溝等小型的水道，這些小型的水道對已經堆積的泥炭也有沖刷作用。

在鉆井資料和測井曲線上也可以比較容易地識別河道沉積（圖1）。因為鉆孔之間的范圍還比較大，鉆探對無煤區的確定只是一種相對范圍的“圈定”，在較小的區域圈定古河道在平面上的分布還是是比較困難的，無煤區界線只能做定性地推測。在圈定較小的區域就要結合物探資料。物探的測網比較密集，控制程度大大提高。煤層缺失后，由于物性的改變，在時間剖面上，不再形成煤層反射波，即使形成煤層反射波，也是煤層相當層位的上、下巖性的微小物性差異形成的，一般比較弱。從煤層正常區到沖刷點，煤層反射波突然消失或轉換，頻率變高，弱相位增多（圖2）。由此，利用MtKNqiziyZQgmDgpaxIliA==反射波的這種信息關系，圈定了煤層沖刷缺失的范圍。由于地震勘探精度限制，無煤區邊界在物探剖面上的反映不一定很明顯。

十六采區三維物探中在十六采區與十四采區的交界處KF76斷層中部新發現一沖刷帶，在163下00工作面掘進過程中，現場揭露該沖刷帶。經過對比，采掘實際揭露與物探結果其沖刷帶延伸方向吻合。

（1）16300輔順。該巷道揭露沖刷無煤區前200 m范圍內煤厚由6.2 m變薄至2.8 m，煤層直接頂泥巖沖刷缺失，老頂灰白色中砂巖與煤層沖刷接觸，砂巖下部中含棱角狀泥礫和煤線。揭露與沖刷面同向的正斷層后，在14 m距離內，3下煤層厚度由2.6 m急劇沖刷缺失。

（2）16300運輸巷。該巷道由沖刷無煤區向煤層掘進，沖刷區內為中砂巖，淺灰分，大型交錯層理，成分以石英為主，長石次之，分選中等。巷道揭露煤巖接觸面上發育磨光鏡面，表現為與沖刷面同向的正斷層。

（3）16300-1輔順。該巷道由沖刷無煤區向煤層掘進。沖刷區內，該巷道為中砂巖，淺灰分，成分以石英為主，分選中等發育長石砂巖條帶，距沖刷邊界20 m砂巖發育棱角狀泥礫和煤線，煤線穩定后10 m揭露與沖刷面同向的正斷層，煤層由0.5 m增至 3.0 m。

沖刷無煤區特征為：形態受控于古河流，局部沖刷無煤區在總體上主要呈孤立的彎月形布于河道彎曲部位的凹岸一側，沖刷深度在彎曲帶中心較深，向兩側逐漸變淺；沖刷帶邊緣，由于煤巖巖性差異大，在受到構造力作用下，應力集中，產生與沖刷面同向的正斷層；沖刷充填的巖性主要是砂巖，砂巖的層理、泥礫等沉積構造是良好的古水動力條件成因分析的標志，可以反映古河床沖刷的水流方向和本身的沉積環境；局部沖刷無煤沖刷區往往位于底質沉積物的高砂地帶或旁側；物探剖面圖表現明顯。

2 構造運動造成的局部煤層缺失

濟三礦采掘實踐中，3上煤層經常揭露由于構造運動造成寬數米至幾十米的煤層缺失。18304輔順揭露無煤區時，煤厚變化異常，厚煤層與薄煤層相間布置，厚煤層兩側伴生薄煤帶及無煤區。該巷道對應的地震剖面圖上3上煤層無煤區反射波同相軸連續，振幅較正常煤層明顯減弱，在反映煤層厚度的拉平圖上顏色對比明顯。地質人員結合現場情況，在拉平圖上圈定十八3上煤無煤區，并在183上05工作面的掘進、183上04工作面回采中得到驗證。無煤區平面上寬度19～69 m、軸向1788 m，走向與該區域斷層走向及煤層走向小角度斜交局部平行。

無煤區域邊緣滑動面發育，煤層與頂底板構造不協調，煤巖接觸面局部呈鋸齒狀，既有巖石插入煤層中，又有煤層擠入巖石裂隙內。這反映了在高圍巖壓力情況下，煤層具有較強的塑性形變能力，從構造應力大的部位向構造應力相對較弱的位置流變。

濟三礦3上煤層厚度0～5.80 m，平均1.21 m。大部為中厚煤層，煤層厚度不穩定，煤厚變異系數（γ）57.9%。3上煤層煤層直接頂、直接底為泥巖、粉砂巖等易塑性變形的巖層，且偽頂、偽底發育，老頂為細砂巖，老底為中砂巖。在巖性組合中，泥巖、煤層的粘結力弱且內摩擦角小，彈性模量比砂巖小的多（鉆孔資料：老頂板細砂巖彈性模量3.91×105，老底中砂巖彈性模量6.45×105，直接頂、底泥巖彈性模量1.48×105），可視為軟弱夾層。在地質構造變動中，由于軟弱層與其圍巖在應變上的差異，軟弱巖層往往產生滑動變形甚至塑性流動以適應圍巖的形變，軟弱巖層則易成為層間滑動的主滑面或滑移帶，造成煤層的局部缺失。

構造無煤區特征為：主要發育在特定巖性組合的中厚煤層；伴生的次級褶皺，增厚、變薄等現象相當普遍；分布形態受控于構造應力，可以利用構造分析方法對該無煤區域進行圈定；在物探平面圖上表現明顯，實踐證明在煤層拉平圖上圈定構造無煤區是可行的。

3 沉積盆地邊緣造成煤層尖滅

在區域上，濟寧三號煤礦3煤沉積期位于大型陸表海盆地的東南緣，礦井東南邊緣為沉積邊緣。由于地質運動作用煤層在礦井東南部發育地下露頭不整合于上覆山西組上段和下石盒子組陸相盆地沉積地層（該地層不含煤）。

根據勘探資料53下11膠順南端將揭露沉積盆地邊緣，該巷道臨近無煤區邊緣時有一些特征：（1）煤層傾角加大，由一般的4°～6°加大至14°；（2）煤層開始分層；（3）煤層頂板由完整性較好的灰白色中砂巖相變成雜色泥巖并出現頂板淋水；（4）煤層光澤變暗淡，在相距80 m分別采三個煤層煤樣化驗的灰分A點為7.68%，B點上分層灰分為14.24%，C點上分層為22.36%。

還原沉積環境，認為由于處于盆地邊緣，受古地理環境控制，沉積泥炭層向向高處逐漸變薄，以至尖滅、基底沉降的差異時，在沉降速度超過泥炭堆積速度的地段，則導致泥炭層分岔、尖滅。沉積的植物質在缺水的條件下，被氧化為腐殖質土壤，以后轉變為炭質泥巖。在地震資料中，由于反射波族之間的角度，這種由侵蝕作用和非沉積作用產生的不整合面反射波通常很容易辨識。地下露頭相對于它上覆地層，反射波的性質可能會橫向變化，故反射波特征通常沿測線變化，有時甚至完全反轉極性。

該類型無煤區特征為：發育在古盆地邊緣；煤層結構復雜，可能發育多次夾矸甚至發叉；煤質變化明顯，煤層及頂板有氧化、風化跡象；物探上表現為地下露頭。

4 幾點認識

（1）了解掌握區域地質。礦井地質是區域地質不可分割的部分，兩者是局部與整體的關系。古沉積環境控制煤層的沉積和沖刷，構造應力場控制構造運動。要揭示無煤區地質現象的內在聯系和規律性，就不能孤立地研究局部而忽略整體，必須把礦井地質與區域地質緊密地結合起來。以便在考慮礦井地質問題時予以注意。

（2）通過勘探、采掘生產揭露對無煤區確定是一個逐步精確的過程。比較而言，鉆探對無煤區的確定只是一種相對范圍的“圈定”，因為鉆孔之間的范圍還比較大，無煤區界線要靠推測確定。物探的測網比較密集，控制程度大大提高，但無煤區邊界在物探剖面上的反映不一定很明顯。應充分利用生產揭露的地質資料，、對三維物探資料反演，充分挖掘三維數據體信息，不斷對物探資料進行再認識再修改。

（3）現場揭露無煤區，雖然形態各異，但其發生不是孤立的，現場認識要按照由點到面，由己知到未知，由個別到一般的認識規律，不斷地積累資料、總結規律。

參考文獻

[1]朱筱敏.沉積巖石學[M].石油工業出版社，2008.

[2]李增學，魏久傳，王明鎮，等.華北陸表海盆地南部層序地層分析[M].地質出版社，1998（12）.

[3] 李增學，魏久傳，余繼峰，等.海侵事件與海侵成煤機制研究[M].地質出版社，2010（4）.