淮北矿区芦玲煤矿发育构造特征.pdf

地质构造作用表现出对煤与瓦斯突出的明显 控制, 而构造煤 软煤分层 又是这一控制作用最直 观的体现。因此煤体的破坏类型是预测煤与瓦斯突 出危险性的重要指标之一。对于不同破坏类型的煤 体, 由于受破坏程度不同, 其抵抗能力也不相同, 突 出的危险性也存在较大差异。凡是发生煤与瓦斯突 出的地点, 大多有煤层层理紊乱、 煤体破碎、 煤质松 软现象存在, 即“ 软煤” , 也被称为“ 构造煤” 。 1矿井简况 芦岭煤矿是皖北地区特大型矿井之一, 设计年 产量1 5 0万t, 最高年产量达2 4 6万t, 煤质优良, 是 煤炭出口基地之一。矿井主要开采煤层为8、9、1 0 三个煤层,8、9煤层间距较近, 联合布置开采,1 0煤 层单独布置开采。该矿井是水、 火、 瓦斯、 煤尘、 顶板 “ 五害” 俱全的矿井。瓦斯成为制约矿井安全、 稳产、 高效的主要因素。 2构造煤特征 芦岭煤矿主采煤层8煤为特厚煤层, 发育有多 层构造煤分层,8煤层中构造煤所占比例 厚度 约 6 5 ～ 9 0 , 与原生结构煤呈相间的条带分布。9煤层 为中厚煤层, 几乎全层为构造煤。 2 . 18、9煤层主要特征 8煤层位于下石盒子组下部, 距K2标志层1 5 m 左右, 为主要可采煤层之一。是一稳定特厚极松软 煤层,全区可采。煤层厚度2 . 7 2 ～ 1 7 . 7 5 m,平均 9 . 6 0 m; 东部拐头区相对较厚, 平均为1 0 . 5 8 m; 煤层 结构较复杂, 含夹矸1 - 2层, 单层夹矸0 . 3 2 ～ 0 . 9 8 m, 平均0 . 6 2 m,岩性以泥岩为主。8煤硬度系数f值 0 . 1 6 ～ 0 . 5 3。8煤层沿走向上呈东部厚、Ⅱ一采区薄、 Ⅱ二、Ⅱ四采区厚,六、 八采区相对薄的变化; 沿倾向 上呈浅部厚、 深部薄的变化趋势, 尤其是Ⅱ一采区, 向深部变薄趋势最为明显。 9煤层上距8煤层0 ～ 3 . 5 m, 下距K2标志层1 1 m 左右, 为一中厚煤层, 全区普遍可采。 煤厚0 ～ 7 . 8 8 m, 平均2 . 9 3 m。受沉积环境变化, 在Ⅱ一下部、Ⅱ三西 部、Ⅲ一、Ⅲ六、Ⅲ八采区较大范围内与8煤层合 并。根据井下现场所见,该煤层全层为构造煤, 硬度 系数f为0 . 1 2 ～ 0 . 4 1。 2 . 2构造煤宏观类型 根据井下调查,8煤层构造煤在剖面上自上而 下可划分出5种类型, 相间分布。 ①碎裂煤 光泽鲜亮, 光亮半亮型, 煤的原生 结构清晰可见, 块状结构, 镜煤条带看不出有错移 现象, 裂隙面或滑面光亮滑腻。煤体坚硬, 敲击后多 呈块状, 块度多为3 ～ 5 c m以上的方块状。此条带多 位于煤层夹矸层上、 下附近, 条带厚度0 . 3 ～ 0 . 7 m。硬 度较大, 一般用手较难掰开。 ②菱形包裹体煤 煤块为多组光滑细腻的构造 面所包裹, 呈边缘薄中间厚的斜菱形状, 呈半亮 半暗型。煤块表面呈镜面, 擦痕发育, 细且密集, 多 成簇状出现。可见少量煤的原生结构, 其独特之处 在于敲击大块破碎后, 大小不等的碎块仍呈边缘薄 中间厚的菱形体状,该种包裹体块呈迭瓦状排列, 作者简介 陈富勇1 9 6 2 , 男, 高级工程师,1 9 8 5年毕业于淮南矿 业学院, 主要从事煤矿地质、 生产技术和资源管理工作。 收稿日期2 0 0 7 - 1 2 - 1 2 责任编辑 唐锦秀 淮北矿区芦岭煤矿构造煤发育特征 陈富勇 淮北矿业集团有限责任公司地测处, 安徽 淮北2 3 5 0 0 6 摘要 淮北矿区芦岭煤矿主采煤层8煤为特厚煤层, 厚度2 . 7 2 ～ 1 7 . 7 5 m, 平均厚度9 . 6 0 m, 煤层硬度系数f为0 . 1 6 ～ 0 . 5 3, 构造煤累计厚度约占全层厚度的6 5 ～ 9 0 。剖面自上而下划分为碎裂煤、 菱形包裹体煤、 片状煤、 鳞片煤和粉 末状煤5种类型, 构造类型煤相间分布。微观上网络状裂隙发育, 密集的网络状裂隙交叉切割, 显微组分破坏严重, 煤层受构造作用影响越大, 构造煤中的微孔所占比例也就越高。在平面上构造煤的发育可划分为东、 中、 西三部分, 井田东部构造煤较发育, 厚度占全层厚度的7 5 ～ 8 0 ; 中部构造煤最发育, 厚度占全层厚度的9 5 以上; 井田西部 构造煤所占比例相对较低, 约占全层厚度的6 5 ～ 7 0 。采区资料表明, 在倾向上, 随着煤层深度的增加, 构造煤厚度 占全层厚度比例呈上升趋势,- 4 5 0 ～ - 4 6 0 m水平以下, 构造煤层所占比例明显增高, 约占9 5 以上。 关键词 构造煤; 宏观类型; 微观特征; 发育特征; 芦岭煤矿 中图分类号P 6 1 8 . 1 1文献标识码A 文章编号1 6 7 4 - 1 8 0 32 0 0 80 2 - 0 0 1 2 - 0 3 中 国 煤 炭 地 质 C O A LG E O L O G YO FC H I N A V o l . 2 0N o . 2 F e b . 2 0 0 8 第 2 0 卷 2 期 2 0 0 8年 2 月 2期 其倾斜方向与煤岩层倾向基本一致, 倾角一般为3 ～ 5 , 比煤岩层倾角略小。该条带多与鳞片状煤相间 分布, 厚度为0 . 4 ～ 0 . 6 m, 一般用手不易掰开。 ③片状煤 原生结构不甚清晰, 煤岩成份较难分 辨, 多为半暗光泽。煤片表面光亮细腻, 一般呈3 ～ 5 m m的直径大小, 薄片厚度1 m m左右, 边缘薄, 中 间厚, 似铁饼状排列有序, 迭瓦式排列, 手握煤片有 刺痛感, 握后, 煤片破碎呈0 . 5 ～ 1 m m大小的碎粒, 厚 度多在0 . 2 ～ 0 . 5 m。 ④鳞片状煤 一般光泽较为暗淡, 多为暗淡型, 间或有半亮型条带, 其外形特征与片状煤相似, 区别 在于光泽暗淡些, 手握之刺痛感较弱, 握后煤片呈粉 末状, 厚度为0 . 3 ～ 0 . 7 m。 揉皱煤存在于受构造应力强 烈作用区, 一般见之于断层、 小型褶曲、 煤层穿刺体 周围, 其特点是光泽暗淡, 煤岩成份分辨不清, 煤片 呈旋涡状分布, 煤片表面光亮, 滑动镜面发育, 手捏 可成粉末状,一般不呈层分布于煤体中,多呈串珠 状、 鸡窝状, 断续存在。 ⑤粉末状煤 在8煤层分布有上下二层, 上层一 般位于8煤上部夹矸下的第一层碎裂状煤之下, 另 一层位于8煤层下部最下一层碎块煤之上,厚度 0 . 0 5 ～ 0 . 1 5 m。上层不及下层稳定, 厚度也稍薄。光泽 暗淡。 原生结构完全消失, 煤岩成份无法区分。块状 致密, 固结性较强, 手试有一定强度, 手捏小块全部 为粉状。 2 . 3构造煤微观特征 ①碎裂煤原生结构和构造被各种方向发育的裂 隙切割,但破裂间隙较小,裂隙切割但尚未完全连 通, 出现轻微的错动, 基本上保持着整体状, 原生结 构和构造未发生根本性的变化,煤中的张裂隙追踪 着早期的内生裂隙 图1 。 ②包裹体状煤受到构造的作用较为强烈,被密 集的网状裂隙或节理所切割,煤的显微组分破裂严 重, 原生结构、 构造受到严重破坏, 发生破碎, 并出现 一定的位移错动, 煤中的裂隙交织成网络状, 煤岩组 分被切割着早期的内生裂隙成碎斑状 图2 。 ③片状煤所受构造作用强烈, 一组裂隙发育, 破 裂间隔不大,破碎体之间出现错开和位移但相对位 移有限, 成片状结构, 原生结构、 构造略可识辨。 煤中 一组剪裂隙发育, 形成薄片结构 图3 。 ④鳞片状煤受到的构造作用十分强烈,多呈定 向排列的透镜体, 大小颗粒共生, 煤中两组剪裂隙形 成的鳞片结构, 且易见滑面, 两组剪裂隙或一组剪节 理发育的片状煤两组剪裂隙形成的鳞片结构及滑面 劈理化形成的颗粒呈鳞片状, 具定向排列 图4 。 2 . 4构造煤的孔隙特征 显微镜下观测,裂隙宽度变化在2 ～ 3 0 0 μ m, 一 般为5 ～ 4 5 μ m, 当裂隙中被方解石矿化后, 裂隙宽度 可达1 ～ 2 m m。裂隙形态多种多样, 有平直状、 齿状、 分叉状、 阶梯状、 羽状、 缝合线状、S状和网状等 图 5 。 利用压汞实验、 液氮吸附实验和扫描电镜分析各 类型构造煤的孔隙特征。包裹体状构造煤中过渡孔 所占比例较高, 为6 0 . 0 0 0 , 其次微孔占2 9 . 0 0 6 , 其余占1 0 . 9 9 4; 片状构造煤中过渡孔占4 2 . 6 1 1 , 微 孔 占3 1 . 3 9 1 , 大 孔 和 中 孔 分 别 占7 . 2 2 8 和 1 8 . 7 7 0 ; 鳞片状构造煤中过渡孔占4 8 . 4 4 5 , 微孔 占3 0 . 8 2 0 ; 粉末状构造煤过渡孔占4 9 . 3 5 2 , 微孔 占4 6 . 5 8 6 。 图1碎裂煤张裂隙追踪着早期的内生裂隙 F i g u r e 1C a t a c l a s t i c c o a l t e n s i o nf r a c t u r e t r a c i n g e a r l ys t a g e e n d o g e n i c f r a c t u r e s 图2包裹体煤中网状裂隙 F i g u r e 2R e t i c u l a t e df i s s u r e s i ni n c l u s i o nc o a l 图4两组剪裂隙形成的鳞片结构及滑面 F i g u r e 4S c a l e t e x t u r e a n ds l i d i n gp l a n e f o r me db yt w os e t s o f s h e a r j o i n t 图4一组剪节理发育的片状煤 F i g u r e 4S h e e t c o a l d e v e l o p e dw i t has e t o f s h e a r j o i n t 陈富勇 淮北矿区芦岭煤矿构造煤发育特征 1 3 第2 0卷中 国 煤 炭 地 质 图5 9煤层中发育的网状微裂隙 约3 0 0 F i g u r e 5R e t i c u l a t e dmi c r o f i s s u r e s d e v e l o p e di n N o . 9c o a l s e a ma b o u t x 3 0 0 3钻孔判识构造煤发育特征 根据4 5个钻孔测井曲线的判识结果,有3 9个 钻孔的8煤层内都有构造煤, 其中1 4个钻孔的8煤 全属构造煤, 其余2 5个钻孔中主要有两个构造煤分 层,位于煤层的顶部和底部。构造煤单层厚度比较 大, 只有1个钻孔出现单层厚度小于0 . 5 m, 单层厚 度大于2 m的占6 3 . 8 。构造煤厚度占全煤层厚度 的比例也比较大, 只有3个钻孔的比例小于2 0 。 钻孔测井曲线的判识结果,全井田8煤层内构 造煤普遍发育, 其厚度超过0 . 5 m, 仅在个别地点可 能出现构造煤欠发育的点。 9煤层内构造煤也很发育。在3 2个9煤层钻孔 曲线中, 有2 1个钻孔出现构造煤, 其中1 8个钻孔全 煤层都属构造煤,另3个钻孔构造煤的单层厚度也 都超过0 . 5 m, 多数超过2 m; 构造煤厚度占全煤层厚 度的比例都大于2 0 。9煤层也属构造煤普遍发育 的煤层。 4构造煤的空间分布 在平面上, 构造煤的发育呈片块状分布, 整个井 田自东向西, 构造煤的发育程度并不完全一致, 可划 分为东、 中、 西三部分, 井田东部构造煤厚度约占全 层的7 5 ～ 8 0 左右, 中部构造煤最为发育。构造煤 厚度约占全层的9 5 以上, 特别是在中部的四采区 及Ⅱ四采区, 几乎全层都是构造煤。 西部构造煤所占 比例最低, 约占全层厚度的6 5 ～ 7 0 。井田西部自 六采区到十采区,构造煤占全层厚度的比例呈下降 趋势。 在倾向上, 随着深度的增加, 构造煤厚度所占全 层厚度的比例呈上升趋势,从东部Ⅱ一采区和中部 Ⅱ二采区所揭露煤层调查资料表明,构造煤在- 4 5 0 ～ - 4 6 0 m水平以下,构造煤厚度所占比例增高, 约占9 5 以上, 特别是中部采区, 几乎全层均为构 造煤。 5结论 ①芦岭煤矿主采煤层8、9煤中以构造煤为主, 不同类型的构造相间分布,原生结构和碎裂类型煤 分层所占比例较少; ②构造煤的微观结构表明,各类型构造煤受构 造作用强烈, 密集的网络状裂隙交叉切割, 显微组分 破坏严重; ③构造煤体中微孔所占比例与煤体受构造作用 的强烈程度成正比关系,粉末状煤中的微孔所占比 例最高, 达4 6 . 5 8 6 ; ④构造煤的分布在平面和剖面上都存在分区 性, 在倾向上, 随着深度的增加, 构造煤厚度所占全 层厚度的比例呈上升趋势。 参考文献 [ 1 ]陈富勇.特厚构造煤储层特征与抽取能力评价[ D ] .合肥 安徽理工 大学,2 0 0 5 . [ 2 ]傅雪海, 姜波, 秦勇, 等.用测井曲线划分煤体结构和预测煤储层 渗透率[ J ] .测井技术,2 0 0 3,2 72 1 0 4 ～ 1 0 8 . T e c t o n o c l a s t i c C o a l D e v e l o p me n t C h a r a c t e r i s t i c s i nL u l i n gC o a l mi n e , H u a i b e i Mi n i n gA r e a C h e nF u y o n g G e o l o g i c a l a n dS u r v e y i n g D i v i s i o n , H u a i b e i M i n i n g G r o u p C o . L t d . , H u a i b e i , A n h u i 2 3 5 0 0 6 A b s t r a c t T h e m a i nm i n e a b l e N o . 8c o a l s e a mi s a ne x t r a t h i c kc o a l s e a mi nt h e L u l i n g c o a l m i n e , H u a i b e i m i n i n g a r e a w i t ht h i c k n e s s 2 . 7 2 1 7 . 7 5 m , a v e r a g e9 . 6 0 m , c o e f f i c i e n t o f h a r d n e s sf v a l u e0 . 1 6 0 . 5 3 , a c c u m u l a t e dt h i c k n e s so f t e c t o n o c l a s t i cc o a l sa c c o u n t f o r 6 5 9 0 o f t o t a l t h i c k n e s s . V e r t i c a l l yf r o mt o pt ob o t t o mc a nb ed i v i d e di n t o5t y p e so f c a t a c l a s t i cc o a l , r h o m b i ci n c l u s i o nc o a l , s h e e t c o a l , s c a l e dc o a l a n df i n ec o a l a n da l t e r n a t i v e l yd i s t r i b u t e d . M i c r o s c o p i c a l l y , r e t i c u l a t e df i s s u r e sa r ew e l l d e v e l o p e d , d e n s e r e t i c u l a t e df i s s u r e s i n t e r s e c t i n gd i s s e c t e d , m a c e r a l s s e r i o u s l yd e s t r u c t e d . T h em o r et h ec o a l i m p a c t b yt e c t o n i ca c t i v i t i e s i s t h eh i g h e r t h ep r o p o r t i o no f m i c r o p o r ei nt e c t o n o c l a s t i cc o a l s . H o r i z o n t a l l y , t h et e c t o n o c l a s t i cc o a l sc a nb ed i v i d e di n t oe a s t , m i d d l ea n dw e s t t h r e ep a r t s i nt h ee a s t p a r t t e c t o n o c l a s t i cc o a l sa r er a t h e r d e v e l o p e d , a c c o u n t f o r 7 5 8 0 o f t o t a l t h i c k n e s s ; m i d d l ep a r t m o s t d e v e l o p e d , a c c o u n t f o r 9 5 m o r e ; w e s t p a r t r e l a t i v e l yl o w , a b o u t 6 5 7 0 . M i n i n ga r e ad a t ad e m o n s t r a t e d d i pd i r e c t i o n a l l y , a l o n g w i t hc o a ls e a m d e p t hi n c r e a s i n g , t e c t o n o c l a s t i cc o a lp r o p o r t i o ni nt o t a ls e a m t h i c k n e s si n c r e a s i n g , b e l o wt h e4 5 0 4 6 0 m l e v e l , t e c t o n o c l a s t i c c o a l p r o p o r t i o nh a s o b v i o u s l y i n c r e a s e d , a b o u t 9 5 m o r e . K e y w o r d s t e c t o n o c l a s t i c c o a l ; m a c r o l i t h o t y p e ; m i c r o s c o p i c c h a r a c t e r i s t i c s ; d e v e l o p m e n t c h a r a c t e r i s t i c s ; L u l i n g c o a l m i n e 1 4