新集一礦6-1煤層構(gòu)造煤分布及成因分析

郭鵬飛,沈雨浩

（安徽理工大學地球與環(huán)境學院,安徽 淮南 232001）

新集一礦6-1煤層構(gòu)造煤分布及成因分析

郭鵬飛,沈雨浩

（安徽理工大學地球與環(huán)境學院,安徽 淮南 232001）

結(jié)合鉆孔揭露情況，運用鉆孔測井曲線技術(shù)，對揭露新集一礦6-1煤層的各鉆孔煤類分別進行識別、統(tǒng)計，并繪制6-1煤層構(gòu)造煤煤層厚度等值線圖，在此基礎上研究該煤層構(gòu)造煤的分布及成因。結(jié)果表明：6-1煤層中構(gòu)造煤普遍發(fā)育，呈南厚北薄的分布規(guī)律；該煤層構(gòu)造煤的發(fā)育主要受斷層、小構(gòu)造和褶皺的影響。

構(gòu)造煤;測井曲線;斷層;新集一礦

0 引言

煤與瓦斯突出是我國煤礦生產(chǎn)中嚴重的自然災害之一，且占有很大比例，嚴重影響煤礦的安全生產(chǎn)，因此，預測和防治煤與瓦斯突出，在煤礦安全生產(chǎn)中具有重大意義[1]。煤與瓦斯突出研究者認為，構(gòu)造煤組成的煤層是煤與瓦斯突出的高發(fā)地帶，煤體結(jié)構(gòu)破壞是煤與瓦斯突出的必要條件[2-4]。為了更好的防治煤與瓦斯突出，本文以淮南新集一礦6-1煤層為例，結(jié)合鉆孔揭露資料，運用測井曲線技術(shù)，研究了該煤層構(gòu)造煤的發(fā)育分布情況，并分析了構(gòu)造煤發(fā)育的可能原因，為該煤層瓦斯突出的預測提供有力支持。

1 礦區(qū)概況

新集一礦位于淮南復向斜之謝橋向斜南翼，穎鳳阜鳳推覆構(gòu)造的中段。井田內(nèi)推覆構(gòu)造主斷層為阜鳳逆沖斷層，位于淮南坳陷南緣逆沖推覆構(gòu)造的中段，為逆沖斷層的前鋒主斷層，隱伏于第四系之下[5]。阜鳳逆沖斷層走向上在7勘探線附近凸起最高，向東西兩側(cè)傾伏，且在704孔與708孔間形成一個面積約1.5km2的剝蝕天窗（圖1）；傾向上有時為斷坡斷坪式，有時斷坪后部抬起形成勺狀，總趨勢傾向南，內(nèi)部發(fā)育1～3個次級斷層[6]。

6-1煤層以亮煤和暗煤為主，煤層厚度0.29～7.53m，平均厚度2.60m，一般含1～2層，個別點（L42、Z7）含3層，夾矸巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖。煤層厚度變化大致為：F16斷層以南3.50m左右，F(xiàn)16-F11斷層間1.50-2.00m左右，F(xiàn)11斷層以北2.50-3.00m左右。

圖1 新集礦區(qū)7勘探線剖面圖

2 煤體結(jié)構(gòu)類型及判別

2.1 煤體結(jié)構(gòu)類型劃分

煤體結(jié)構(gòu)指煤層在地質(zhì)歷史演化過程中經(jīng)受各種地質(zhì)作用后表現(xiàn)的結(jié)構(gòu)特征，故各煤體結(jié)構(gòu)間存在著物性差異，按《防治煤與瓦斯突出細則》規(guī)定，煤的破壞類型劃分為5類。但是，利用測井曲線定性判識煤層結(jié)構(gòu)相對比較概略，無法劃分出5類，只能劃分出3類，即Ⅰ正常結(jié)構(gòu)煤、Ⅱ過渡性結(jié)構(gòu)煤和Ⅲ構(gòu)造煤，見表1。

表1 煤體結(jié)構(gòu)類型

2.2 構(gòu)造煤的判別及分層

本文根據(jù)構(gòu)造煤與正常煤的的導電性、密度等物理性質(zhì)的差異，運用視電阻率（DLW）和伽瑪-伽瑪（HGG）來對研究區(qū)的構(gòu)造煤進行判定。在同一煤層內(nèi)，構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)破碎，孔隙增多，含水性相對增強，其導電性增強，故在視電阻率曲線上反映為幅值降低；同時，正常煤的結(jié)構(gòu)相對均一，其峰頂較圓，而構(gòu)造煤的視電阻率曲線則呈現(xiàn)小的波動。煤的密度與其被測定的散射伽瑪線強度密切相關，在同一煤層內(nèi)，構(gòu)造煤密度顯然小于正常煤密度，故在伽瑪伽瑪曲線上反映為幅值相對增高[7-9]。因此，這兩條曲線可用來判別構(gòu)造煤。此外根據(jù)兩條曲線相對明顯的節(jié)點變化，即以發(fā)生變化的始、未點作為分層界線點，兩點之間的煤厚為該結(jié)構(gòu)類型煤分層厚度。以新集一礦706鉆孔為例，其構(gòu)造煤厚度確定為1.92m，正常煤厚度確定為0.8m，過渡性煤確定為1.29m，如圖2。

圖2 煤層 DLW HGG 曲線圖

3 構(gòu)造煤的分布特征

通過對新集一礦6-1煤層62個鉆孔采集數(shù)據(jù)和測井曲線進行處理解釋，并結(jié)合編制的6-1煤層構(gòu)造煤厚度等值線圖（圖3），得出構(gòu)造煤的分布情況：6-1煤層的62個鉆孔測井曲線中，27個顯示有I類煤，22個鉆孔顯Ⅱ類煤，47個鉆孔顯Ⅲ類煤，占識別鉆孔的75.81%左右。在47個含Ⅲ類煤的鉆孔中，Ⅲ類煤平均厚度在0.31～6.98m之間，平均1.97m（表2），Ⅲ類煤占全層煤厚度的百分比在12.97%～100%，平均73.06%（表3），其中全層均為Ⅲ類煤的鉆孔21個。由圖3可以看出，6-1煤層構(gòu)造煤總體上呈現(xiàn)南厚北薄的分布特征，以F10斷層和劉卡背斜為界，研究區(qū)南北部構(gòu)造煤發(fā)育差別較大，北部構(gòu)造煤欠發(fā)育，南部構(gòu)造煤發(fā)育，且在小構(gòu)造發(fā)育區(qū)域構(gòu)造煤十分發(fā)育，局部厚度可達5m以上。

圖3 6-1煤層構(gòu)造煤厚度等值線圖

表2 6-1煤不同煤厚的構(gòu)造煤個數(shù)及厚度

表3 6-1煤層構(gòu)造煤厚度所占比例

研究區(qū)域內(nèi)在F10斷層和劉卡背斜南北構(gòu)造煤發(fā)育程度差異很大，因此可以以此為分界線，對南北區(qū)域構(gòu)造煤發(fā)育分別經(jīng)行分析研究。⑴、在此分界線北部，南北走向上總體上構(gòu)造煤呈“厚—薄—厚”的分布特征，但總體厚度較薄。其中南部接近F10斷層等構(gòu)造帶地區(qū)時，構(gòu)造煤較發(fā)育（603鉆孔2.04m），而當臨近謝橋向斜軸心部位時，構(gòu)造煤發(fā)育程度又變大（L8鉆孔1.89m），在該區(qū)域中部構(gòu)造煤較少發(fā)育；⑵、從F10斷層和劉卡背斜向南，整片區(qū)域構(gòu)造煤都比較發(fā)育，構(gòu)造煤層厚度集中在1.0m～6.98m，只有極少部分小于0.5m。由鉆孔分布位置和構(gòu)造煤煤厚等值線圖可知，構(gòu)造煤厚度由F10等斷層向南逐漸加厚，到F02斷層、前大劉家向斜和阜鳳逆沖斷層中間的小構(gòu)造帶區(qū)域，煤層厚度達到最高峰（707鉆孔的6.45m），構(gòu)造煤最為發(fā)育，而由此向東南延伸，構(gòu)造煤逐漸變薄，等到F02等斷層區(qū)域（413鉆孔的2.73m），煤層厚度逐漸加厚，構(gòu)造煤發(fā)育良好。由以上可知，構(gòu)造煤發(fā)育程度跟斷層密度以及褶皺樞紐所在呈正相關關系。

4 構(gòu)造煤分布控制因素分析

從上述測井曲線得出的構(gòu)造煤分布特征可知，6-1煤層中構(gòu)造煤的發(fā)育和其所處地質(zhì)構(gòu)造的分布呈現(xiàn)正相關的關系，井田構(gòu)造對該煤層構(gòu)造煤的發(fā)育程度有著重要的影響。

4.1 主要斷層對構(gòu)造煤的影響

阜鳳逆沖斷層將外來地層由南向北推覆在原地層之上，產(chǎn)生由南向北的強大的擠壓高應變?nèi)?，是該部位巖體（含煤地層）常出現(xiàn)產(chǎn)狀紊亂，從而使6-1煤層中煤體發(fā)生破碎、層間滑動，煤體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，在不同斷層區(qū)域產(chǎn)生不同類型的構(gòu)造煤。如分布在阜鳳逆沖斷層區(qū)域的L47和L24鉆孔揭露的構(gòu)造煤部分發(fā)育，在1311和603鉆孔揭露的全為構(gòu)造煤。

4.2 小構(gòu)造對構(gòu)造煤的影響

6-1煤層所在地區(qū)由于斷層和褶皺的分布，出現(xiàn)很多擠壓高應變區(qū)，是巖石和煤體發(fā)生破碎、變形，形成高發(fā)育的小構(gòu)造帶。小構(gòu)造的出現(xiàn)破壞了煤的原始結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不同類型的構(gòu)造煤。小構(gòu)造的密度嚴重影響構(gòu)造煤的發(fā)育程度，位于F02斷層、前大劉家向斜和阜鳳逆沖斷層中間的小構(gòu)造高度發(fā)育，此處構(gòu)造煤非常發(fā)育，并出現(xiàn)了高厚度的構(gòu)造煤。

4.3 褶皺發(fā)育對構(gòu)造煤的影響

礦井內(nèi)比較明顯的褶皺有謝橋向斜和前大劉家向斜，并沿傾向發(fā)育一些次級小褶皺。因煤層的力學強度顯著低于圍巖的力學強度，彎滑作用形成層間差異性運動，小向斜軸部煤層厚度較兩翼大，從而造成構(gòu)造煤加厚；另外在這些褶皺的樞紐中心，地應力集中，從而是樞紐區(qū)域的煤破裂，破壞煤的原始結(jié)構(gòu)，如前大劉家向斜核部306孔構(gòu)造煤厚為3.1m，而向斜的南翼906孔構(gòu)造煤厚度僅為0.67m。

5 結(jié)論

（1）有測井曲線可知，研究區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)煤較為發(fā)育，厚度變化較大，約在0.31～6.98m。構(gòu)造煤占煤厚比例較高，全層為Ⅲ類的鉆孔達21個。在整個研究區(qū)里面構(gòu)造煤呈現(xiàn)南厚北薄，與地質(zhì)構(gòu)造密度呈正相關的關系。（2）研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造煤的發(fā)育受斷層、小構(gòu)造和褶皺等地質(zhì)構(gòu)造的影響，主要分布在前大劉家向斜和阜鳳逆沖斷層間的小構(gòu)造帶區(qū)域，另外在阜鳳逆沖斷層前鋒和謝橋向斜帶也有構(gòu)造煤發(fā)育。（3）測井曲線判別構(gòu)造煤的有效程度與鉆孔的分布密度密切相關，因本次所用鉆孔數(shù)據(jù)有限，得到的信息相對粗略，但是對構(gòu)造煤的分布和成因有了初步了解，為后期這些區(qū)域開采中煤與瓦斯突出的預測提供了有效的理論支持。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.052

郭鵬飛（1990-）,男,河北邯鄲人,在讀研究生,主要從事礦井地質(zhì)方面研究工作。