黃河北煤田巖漿巖侵入區內礦井地溫分布規律研究
——以潘店井田為例

趙元強

(山東省煤田地質局第二勘探隊，山東 濟寧 272000)

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黃河北煤田巖漿巖侵入區內礦井地溫分布規律研究
——以潘店井田為例

趙元強

(山東省煤田地質局第二勘探隊，山東 濟寧 272000)

通常情況下，地溫會隨深度增加而呈線性增加，地溫影響著井下采掘工作面的環境溫度。隨著礦井深度的變化，空氣所受到的壓力狀態也隨之發生改變。當風流沿井巷向下流動時，空氣的壓力值增大。空氣的壓縮會出現放熱(或吸熱)，從而使礦井溫度升高。隨著礦井向深部開采，井下作業環境條件惡化，巖層溫度將達到攝氏幾十度的高溫。新汶孫村煤礦-800m水平部分工作面溫度高達30～33℃，巨野礦區龍固礦井-850m水平所有工作面溫度高達34～36℃，已嚴重影響了工人勞動效率。黃河北煤田潘店井田東部有燕山期巖漿巖活動，含煤地層的上中下部均有巖漿巖侵入，針對巖漿巖侵蝕地區采用鉆孔簡易測溫和近似穩態測溫等手段，詳細查明地溫分布規律，通過區內地溫資料對比發現，該區有巖漿巖侵蝕影響的地段比沒有巖漿巖侵蝕的地段地溫高2.6～7.2℃。

巖漿巖;地溫;恒溫帶；黃河北煤田；潘店井田

0 引言

近年來，我國經濟持續中高速穩定發展，能源需求旺盛，煤炭在國民經濟中仍會占據較長時間的主導地位，煤炭生產將繼續保持一定的產量，礦井開采將不斷向深部延深。煤礦進入深部開采后，熱害會成為礦井開采的主要難題之一。特別是受巖漿巖侵蝕的礦區地溫分布狀態，更是地質工作者面臨的一大課題。

通常情況下，地溫會隨深度增加而呈線性增加，地溫影響著井下采掘工作面的環境溫度。隨著礦井深度的變化，空氣所受到的壓力狀態也隨之發生改變。當風流沿井巷向下流動時，空氣的壓力值增大。空氣的壓縮會出現放熱(或吸熱)，從而使礦井溫度升高。隨著礦井向深部開采，井下作業環境條件惡化，巖層溫度將達到攝氏幾十度的高溫。新汶孫村煤礦-800m水平部分工作面溫度高達30～33℃，巨野礦區龍固礦井-850m水平所有工作面溫度高達34～36℃，已嚴重影響了工人勞動效率。

黃河北煤田作為目前山東省的后備資源基地，已被列入國家煤炭資源規劃區，目前，該區域內煤炭資源正處于初期開發或待開發狀態，煤田內絕大部分勘查區煤層埋藏較深，且受巖漿巖侵蝕嚴重。該文以受巖漿巖侵蝕較嚴重的潘店井田為例，對地溫分布情況進行分析研究，以期能摸清區域內礦井地溫的分布狀態，為礦井設計和開采提供依據，避免生產中因熱害帶來的不必要的損失。

1 地質背景

潘店井田位于山東省齊河縣境內，屬于黃河北煤田，行政區劃隸屬于齊河縣和東阿縣。東西長1.2～10.4km，南北寬1.0～7.4km，面積約52.97km2。

2 區內巖漿巖侵蝕情況

潘店井田東部有燕山期巖漿巖活動，根據區內實際勘探資料，對巖漿巖的種類、名稱、產狀、侵入時代進行了分析，并根據鉆孔穿見巖漿巖情況，確定其分布范圍、侵入方向。

據肉眼鑒定，井田內侵入的巖漿巖均為酸性巖漿巖，灰白色，斑狀結構，斑晶為石英和斜長石，基質為淺灰—灰白色，隱晶質。根據旦鎮井田資料，巖漿巖名稱為花崗斑巖和花斑巖。

該區巖漿巖以巖床狀，局部順層狀，或呈巖脈狀不規則侵入石炭—二疊系含煤地層中。巖漿巖呈順層狀侵入主要集中在10～11煤附近，最高層位在相當于1，2煤層位置。

根據南鄰的旦鎮井田精查地質報告資料，該巖漿巖屬燕山晚期嶗山段。同位素年齡測定，絕對年齡為(83.92±1.89)～(89.51±3.13)Ma。

從巖漿巖侵入煤層層位平面分布圖來看(圖1)，該井田及靠近井田邊界的旦鎮井田有5個鉆孔揭露巖漿巖。主要分布在井田東部邊界和東北部。

圖1 巖漿巖侵蝕范圍示意圖

井田內巖漿侵入層位可以分為1，2煤層、4煤層、7煤層、11煤層。單從11煤層位侵入情況分析，巖漿巖侵入由東北向西南逐漸變薄并消失，鉆孔揭露厚度為4.78～45.85m(P10-1)。巖漿侵入方向應為東北方向，侵入位置從煤層中間至直接頂板，但未發現突破五灰，由此推斷，該層巖漿侵入受控于五灰。井田內其他煤層，如1，2，4，7煤層，巖漿巖侵入規律基本和11煤層一致，主要侵入層位為各煤層頂板。巖漿巖厚度是東北厚，向西南逐漸消失。由此確定巖漿由東北向西南侵入[1-5]。

3 地溫分布規律研究

該區有巨厚的新生代地層，主采煤層埋藏深，含煤地層以太原組灰巖及奧陶紀石灰巖為基底，巖石的裂隙和溶洞較發育，且有巖漿巖的侵入，是影響地溫的主要因素，查明地溫的分布情況是煤礦生產建設中的一個重要問題。因此，對區內地溫的測量、分布規律及狀態等非常重要[6-8]。該區的恒溫點是根據相鄰的旦鎮井田和趙官鎮井田，參考PJ2-2穩態孔確定的，深度為60m，溫度大致為18℃。在恒溫帶以下，地溫隨著埋藏深度的增大而逐漸增高[9-10]，稱為增溫帶，帶主要受地球內部熱量控制，各鉆孔主要可采煤層底板的測溫值見表1。

表1 區內各可采煤層底板測溫值

3.1 垂向變化

全區平均地溫梯度在2.15～3.02℃/100m之間，平均為2.63℃/100m，即該區地熱增溫率為1℃/38.02m。其中含煤地層的地溫梯度為1.80～3.42℃/100m，平均2.70℃/100m。據11個測溫孔分析，全區實測地溫以P7-2孔最高，該孔在7煤層底板(標高-875.23m)為43.9℃,13煤層底板溫度在該孔也最高，標高-974.95m為47.2℃。

勘查階段所測定的地溫是鉆孔沖洗液與圍巖平衡狀態下的溫度，基本上能夠反映地下巖體的溫度，但由于巖性成分、巖石結構、構造裂隙、水文地質條件等各種因素的影響，各地質時代的巖石地溫亦各不相同。在地溫曲線對比圖上(圖2)表現為具有一定坡度的直線或折線，說明熱源主要來源于深部的熱流，通過巖石以傳導方式形成的，因此測溫曲線呈傳導型形狀[11-13]。

從井田內鉆孔測溫結果和圖2來看，位于巖漿巖侵入區的7個鉆孔含煤地層地溫梯度在2.53～3.42℃/100m之間，平均為2.93℃/100m，而位于侵入區之外3個鉆孔的地溫梯度1.80～2.32℃/100m之間，平均為2.11℃/100m，位于巖漿巖侵入區的含煤地層地溫和地溫梯度明顯高于其他區域。

圖2 鉆孔地溫曲線對比圖

根據鉆孔測溫資料，在巖漿巖侵入地段內和巖漿巖侵入地段外。相同深度之間鉆孔內的平均溫度差分別為5.5℃，4.6℃，4.7℃，4.0℃；相同深度最高〗溫度和最低溫度之間的最大差值分別為7.1℃，7.2℃，7.5℃，6.9℃；最小差值分別為2.6℃，2.6℃，2.6℃，3.0℃。垂向上，在巖漿巖侵入地段內，-800m～-1178m之間溫度增加最快，增加速度為3.4℃/100m；其他區間溫度也在平穩增加，增加速度一般為2.78℃，通過與鉆孔柱狀圖對比，增加速度最快的區間為巖漿巖侵入嚴重的區間(表2)。

在垂向上來看，在同一層煤中，地溫的變化基本上是隨著深度的增加而不斷升高，表現為傳導形增溫特點；而地溫梯度在縱向上隨深度的增加先增加后減小，最終趨于平穩。但在受巖漿巖影響的區域，溫度增加明顯，地溫梯度也會出現異常升高[14-16]。在同一水平的各煤層，下部的11，13煤層平均溫度高于上部的7，10煤層。

表2 區內各鉆孔測溫值

3.2 水平變化規律

地溫等值線圖是研究和分析地溫水平分布及變化規律的有效圖件，該等值線圖是按照煤層的埋藏深度及實測地溫值而進行線性插值，這種分析方法在平原及低矮丘陵覆蓋的勘查區比較適宜。為此繪制了13煤層底板地溫等值線圖(圖3)，從圖上劃分出正常區和一、二級地溫熱害區、高溫異常區的范圍。

圖3 13煤底板地溫等值線圖

從平面上來看，7煤層地溫為35.2～44.3℃，其中高于39.5℃的地溫主要集中在該區的東部區域，也就是全部位于巖漿巖侵入區域內，此區域平均溫度為42℃，而在侵入區外平均溫度僅為35.4℃。兩者平均溫度相差6.6℃。

11煤層地溫為36.4～46.8℃，其中高于42.5℃的地溫主要集中在該區的東部區域,全部位于巖漿巖侵入區域內，平均溫度為44.8℃，而在侵入區外，平均溫度僅為37.6℃。兩者平均溫度差達7.2℃。10煤層和13煤層也存在這樣的特點。

從井田內P6-1和P6-5鉆孔測溫資料分析，在深度分布上，2個鉆孔的7煤層、13煤層各自底板標高相差不大，其中處于巖漿巖侵入區的P6-1號孔7煤層底板標高-805.28m，地溫40.8℃，而13煤層底板標高-919.09m，地溫44.2℃。位于巖漿巖侵入區外邊界附近的P6-5鉆孔，7煤層底板標高深度為-818.20m，地溫為35.2℃，而13煤層的底板標高深度為-907.861m，地溫為38.2℃，兩者相差較大。位于巖漿巖侵入區的含煤地層地溫明顯高于其他區域。

全井田7，10煤層底板地溫大部分處于一級以上的高溫區，僅在井田內中北部一小部分底板溫度小于31℃。13煤層底板地溫大部分處于二級高溫區，全井田地溫呈現中間高四周低的趨勢。

4 結論

(1)煤層底板等溫線和底板等高線基本呈平行關系，即地溫會隨煤層埋藏深度增加而升高。

(2)井田內各煤層不同程度地受巖漿巖侵入的影響，巖漿巖以巖脈或層狀形式產出，雖然部分巖漿體活動時間距離現在較為久遠，但由于規模較大，仍然能提供部分余熱，加之較厚的松散層阻隔，使得深部地熱流向大氣，聚集在含煤地層內，使得周邊圍巖溫度升高[17-18]。

(3)在同一深度，由于所處構造部位不同，以及受巖漿巖侵入等其他地質因素影響不同，地溫梯度也就不同，傾向上的地溫梯度大于走向上的地溫梯度，巖漿巖噴出或侵入的地質年代越新，所保留的余熱就越多，在高溫巖漿余熱的影響下對現今地溫場的影響就越強烈，并有可能形成地溫異常區[19-21]。通過區內地溫資料對比發現，有巖漿巖侵蝕影響的地段比沒有巖漿巖侵蝕的地段地溫高2.6～7.5℃。

[1] 劉松良，郭劍萍.山東省黃河北煤田巖漿巖特征及其對煤層煤質的影響[J]．中國煤田地質，2003，15(6)：14-15.

[2] 鄒汝榮.昌福山井田巖漿巖對煤層、煤質及開采的影響[J]．中國煤田地質，2002，14(3)：19-20.

[3] 謝承察.巖漿巖侵入對煤層影響的研究[J]．河北煤炭，1995，(4)：25-28.

[4] 趙民，黃春慧，湯振清，等.魯西南主要煤田巖漿巖特征及其對煤的影響[J]．煤田地質與勘探，2000，28(2)：10-13.

[5] 范士彥，謝波.寧陽汶上煤田巖漿巖特征及對煤層煤質的影響[J]．中國煤田地質，2000，12(4)：15-17.

[6] 余恒昌.礦山地熱與熱害治理[M]．北京：煤炭工業出版社，1991:56-108.[7] 楊德源.礦井風流熱交換[J]．煤礦安全，2003,34(增刊)：35-37.[8] 孫艷玲.煤礦熱害與治理[J]．遼寧工程技術大學學報，2003,22(增刊).35-37.

[9] 謝有波.地形復雜地區煤層地溫等值線繪制方法初探[J]．科學技術與工程，2009，9(9)：21-23.

[10] 韓緒山，謝波，張心彬.KARST峰叢地貌煤層地溫等值線繪制新方法初探[J]．中國煤炭地質,2006,18(2):64-66.

[11] 張樹光，孫樹魁，張向東.熱害礦井巷道溫度場分布規律研究[J]．中國地質災害與防治學報，2003,14(3):9-11.

[12] 孫樹魁，張樹光.埋深對井巷溫度場分布影響的研究[J]．遼寧工程技術大學學報，2003，22(3)：301-302.

[13] 施尚明，趙盼，霍東凱.地溫梯度研究中應該注意的問題[J]．科學技術與工程，2011，(20):36-38.

[14] 徐希強，劉善軍，王偉德，等．山東省地熱資源及勘查開發對策[J].山東國土資源，2015,31(5):31-35.

[15] 王浩,趙季初.魯西北平原區地熱資源開發對地下水環境的影響[J].山東國土資源,2015,31(7):36-39.

[16] 周亞醒.魯西地區淺層地溫能地熱地質條件與開發利用適宜性評價[J].山東國土資源,2015,31(8):45-49.

[17] 胡玉祿,王卿,胡紅文,等.地熱蓋層中井溫梯度與地溫梯度的關系及應用[J].山東國土資源,2004,20(3):9-11.

[18] 王立東,王浩,張明德,等.利津縣陳莊地區干熱巖地熱資源存在可能性分析[J].山東國土資源,2016,32(1):33-36.

[19] 田立強，范士彥．文登地區淺部干熱巖地熱資源的賦存條件分析[J]．山東國土資源，2016,32(8):27-30.

[20] 李愛軍，張豐，王鵬．濟寧市南部地熱資源初勘[J]．山東國土資源，2015,31(6):30-33.

[21] 王立東，于溪，姚英強，等．山東省無棣縣地熱資源回灌技術條件初探[J]．山東國土資源，2017,33(2):47-50.

Study on Distribution Law of Mines in Magmatic Rocks Erosion Area in Huanghebei Coalfield —— Taking Pandian Coalfied as an Example

ZHAO Yuanqiang

(No.2 Exploration Brigade of Shandong Provincial Coal Geology Bureau, Shandong Jining 272000, China)

Typically, ground temperature will increase linearly with the increase of depth, and ground temperature affects the underground mining working face in ambient temperature. Accompanying with the change of the depth of the mine, the stress state will change. When the dissolute flows down the shaft, the air pressure value will increase. Compressed air will be exothermic or endothermic, and cause the increase of mine temperature. Accompanying with the mining to the deep of coal mine, underground work environment will deteriorate, and strata temperature will reach a high temperature as tens of degrees centigrade. The temperature of the working surface at the depth of -800m in Suncun coal mine in Xinwen is 30～33 ℃, and all working temperature at the depth of -850m in Longgu coal well in Juye mining area is 34～36 ℃. It has seriously affected the labor efficiency of workers. There are Yanshanian magmatic activity in eastern Pandian coal well in Huang hebei coalfield, and magma intruded in the upper, middle and lower parts of coal-bearing strata. In view of the magmatic rock erosion region, by using simple drilling test and approximate method of steady state temperature, distribution law of ground temperature has been identified in detail. Through comparision of ground temperature data in this area, it is found that the temperature in magma erosion area is higher as 2.6～7.2 ℃ than that in no magma erosion area.

Magmatic rocks; ground temperature; isothermal zone; the Yellow River coalfield; Pandian coalfield

2017-01-07；

2017-03-17；編輯：陶衛衛

趙元強(1979—)，男，山東蒙陰人，工程師，主要從事水文與水資源工程工作；E-mail:zhaoyq2425@126.com

趙元強.黃河北煤田巖漿巖侵入區內礦井地溫分布規律研究——以潘店井田為例[J].山東國土資源，2017,33(7)：50-54.ZHAO Yuanqiang.Study on Distribution Law of Mines in Magmatic Rocks Erosion Area in Huanghebei Coalfield—— Taking Pandian Coalfied as an Example[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(7)：50-54.

TD727

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①山東煤炭地質工程勘察研究院,山東省齊河縣潘店區煤炭勘探,2006年。