謝橋礦6煤層厚度變化特征及其主控因素分析

陳向陽

摘要：煤層厚度的變化是煤礦安全合理開采的重要影響因素之一。本文選取謝橋煤礦6煤層為主要研究對象，通過對地質資料整理與數據統計，總結礦區地質構造的發育特征；利用趨勢面分析法研究煤層厚度的變化特征；將統計的煤層頂板30m厚度內頂板砂、泥巖的厚度值與煤層厚度值做相關性分析，同時繪制砂泥比等值線圖，將其與煤層厚度等值線圖進行對比分析，得到如下結論：謝橋礦6煤層厚度的整體變化主要受到沉積因素的影響，而區內高角度中小型正斷層改造煤層局部厚度的變化。

關鍵詞：煤層厚度，地質構造，砂泥比

1 礦區地質概況

謝橋礦地處淮南煤田潘謝礦區的西端，設計年產量906萬噸。礦區主要含煤地層包括二疊系山西組與上、下石盒子組，地層總厚度約727m，可細分為七個含煤段。本文選取的6煤層位于下石盒子組的第二含煤段，段厚約116m，含煤系數達10%，共含6層可采煤層。該含煤段底部為含礫中粗砂巖，發育沖刷現象，其上發育一套花斑狀泥巖、帶狀泥巖以及鋁質泥巖；中部常見薄層狀粉細砂巖、砂泥巖互層，具渾濁層理和底棲動物通道，含舌形貝化石。

2 礦區地質構造發育特征

謝橋煤礦位于淮南復向斜中部，陳橋背斜的南翼、謝橋向斜的北翼。總體上呈一走向近東西、向南傾斜的單斜構造。地層傾角一般10°～15°，雖局部地段發育有小的褶曲，造成地層起伏，但波幅較小，地層產狀總體上變化不大，單斜構造特征明顯。

井田內斷層發育程度較低，規模較大的斷層多為井田邊界斷層或發育在井田深部；且以北東、北北東向斜切的高角度中小型正斷層為主，偶見其它走向斷層，逆斷層發育極少。南部邊界F202、F206斷層為兩條逆沖推覆斷層，屬阜風推覆構造前緣疊瓦扇，兩斷層間夾塊厚100～200m，夾塊內構造復雜，造成井田深部局部地段含煤地層疊置；發育于井田深部的謝橋向斜的樞紐向東部仰起，向西傾斜，使得井田東段深部近向斜軸部的煤層走向由近東西轉向南東。

3 礦區6煤層厚度發育特征

3.1 6煤層厚度發育的一般特征

礦區內6煤層具有西厚南薄的整體分布特征，西部靠近邊界厚度達4m以上，最厚部位達到6m，煤厚帶的長軸方向近南北向；中部煤層厚度分布較均勻，存在一個長軸方向為北東東向的相對厚煤帶；東端出現局部厚度小于0.5m的相對薄煤帶。

3.2趨勢面分析及其主要步驟

1）初始數據處理

數據中的大地坐標值X、Y與煤層真厚度值數量級較大的差距造成正規方程組病態，數據溢出，甚至導致數據的計算失去意義。故首要工作是對數據做無量綱處理。

2）趨勢面方程建立

建立1-5次趨勢面方程（如表1所示），方程中X、Y為無量綱處理后的大地經緯坐標，C代表煤層的厚度值，ai為方程所設待定系數。將第一步處理后的數據代入方程，利用matlab 2013a求得趨勢面方程的參數。

3）趨勢面方程的擬合度

擬合度D為衡量所設趨勢面方程的對所研究地質問題模擬的準確度。求取公式如下：

式中：C為趨勢面的擬合度；SSR為趨勢面的回歸平方和；SSD為趨勢面剩余平方和；SST為趨勢面的離差平方和。

3.3 煤層厚度趨勢面分布特征

經上述趨勢面分析步驟獲得1-5次趨勢面方程，比較不同擬合方程選擇擬合度最高的5次趨勢方程（擬合度為48%）。煤層厚度具有由西至東減薄的趨勢，煤層厚度北部相對南部要薄，而北部煤層厚度更加穩定。但礦區不同部位變化速率不一致，依據這種差異性以西部趨勢值為3的等值線以及東部趨勢值2的等值線，將礦區劃分為西部、中部與東部三個變化區域。其中礦區西部煤層厚度變化梯度較大，中部煤層厚度分布均勻，東部煤層厚度變化梯度相對較小。

趨勢面分析中煤層厚度的實際厚度值是趨勢值與殘差值之和。殘差值反應的是煤層厚度因地質因素引起的局部變化。礦區存在三個負異常區，集中分布于東部與中部，表明該區內煤層厚度值相對趨勢值減小；正異常區平面上呈橫放的反“S”形穿過整礦區。從上述分析局部與區域的煤層厚度的變化特征分析6煤層厚度變化并不具有明顯的規律性。

礦區內由地質構造因素引起煤層厚度的局部與區域的變化帶往往具有一定的特征。一般變化帶在宏觀上具有與地質構造軸線具有一致性。而礦區煤層厚度的變化不成帶狀分布，規律性較差，且與地質構造在分布上沒有關聯性。因此從宏觀角度分析，地質構造并不是煤層厚度變化的主要控制因素。馮增昭（2004年）再恢復某時期沉積層段沉積環境時該層段的厚度、巖石類型等均可作為單因素反映特定的沉積環境。礦區以下三角州的河控沉積為主，此類沉積發育一套粒度變化的碎屑沉積巖。碎屑沉積巖的粒度往往指示煤層成煤期的沉積環境。

4 煤層厚度變化的影響分析

4.1 整體煤層厚度變化的影響分析

通過初步分析認定煤層厚度變化的主要控制因素應為沉積環境的影響。因此，筆者選取礦區內75個鉆孔，并分別對6煤層頂板30m內的砂巖與泥巖厚度進行統計，試圖通過定量的角度建立沉積環境與煤層厚度變化之間的對應關系。對6煤層厚度與統計所得的砂、泥巖厚度值分別做相關性分析，結果顯示煤層厚度值分別與二者成正相關與負相關的關系，當泥巖厚度較大時表明此時成煤環境更加穩定，而砂巖往往指示動蕩的水環境，不利于泥炭層的堆積，甚至出現河道砂體對泥炭層的原生或后生沖刷，使得煤層厚度大大減薄甚至出現無煤帶。

4.2 局部煤層厚度變化的影響分析

煤層在含煤地層中屬于軟弱層，在應力作用下易發生賦存狀態的變化，包括煤層埋藏深度、煤體結構以及產狀等變化。在平面上往往形成沿斷層走向線展布的煤層厚度變化帶。研究區內主要發育高角度的中小型正斷層，斷層附近應力集中，煤層厚度在應力作用下往往發生局部變化。

5 結論

1）礦區內6煤層厚度整體具有由西至東減薄的趨勢，西部煤層厚度變化梯度較大，中部煤層厚度均勻，東部變化梯度相對較小。區內煤層厚度北部相對南部要薄，但北部煤層厚度更加穩定。煤層局部增厚區平面上橫放的“S”形條帶展布。

2）謝橋礦6煤層整體厚度展布特征與礦區頂板30m厚度內砂泥比小于0.5的區域分布具有一致性，而與礦區地質構造線不一致。表明煤層整體厚度變化特征主要受到沉積作用的影響。此外，礦區內中小型的高角度正斷層控制煤層局部的厚度變化規律，張剪或伸展性的斷層作用于煤層形成沿斷層走向的增厚或減薄帶。

參考文獻：

[1]何幼斌，羅進雄.中上揚子地區晚二疊世長興期巖相古地理[J].古地理學報，2010，05（12）：497-514.