大兴井田火成岩侵蚀区煤质变化研究.pdf

铁法科技 2 0 0 0 年1 2 月 萄 翘探讨 大兴井田火成岩侵蚀区煤质变化研究 矿 兰 ／ U 弓 、 7 ， 一 一 I l ， 化规律， 并提 出了火成岩幔蚀区的煤质预报方法 ． 对火成岩侵蚀区煤质管理工作具有一定参考 价 ． 翔词 恸 ， 唯理 人 岩体 。 一 1 火成岩概况 1 ． 1 岩体特征 铁法煤田火成岩主要分布于大兴矿和大 隆矿两个井田， 为侵入不同层位的岩俸群 总 长 9 k m， 宽 3 5 k m． 长轴方 向 向 NNE向 与煤 田主要构造线方向一致 而大兴井田内火成 岩在铁法煤 田中是最为发育 的， 对煤层的影 响最为强烈。 生产实见， 所揭露的基本为辉绿 岩 ． 其岩性随着所处部位的不同而变化。 一般 中心相呈深灰绿色， 粗粒含晶质结构 ． 矿物成 分以辉石 、 橄榄石 基性斜长石 、 方解石、 磁铁 矿等为主 ， 块状构造， 但个别可见气孔和杏仁 状构造气孔 内充填有边缘相呈灰白色、 灰色 、 暗色矿物少 ． 基性斜长石多 ， 肉眼难以与沉积 岩区分 。较为典型实例如南一采区 7 0 l 运顺 岩墙 见图 1 及 S 4 0 2 、 N 4 0 2工作面等 在断 层带附近 如 9 1 9 、 9 2 5 、 9 0 和 9 5 0等钻孔 可见熔岩角砾岩 ， 有些岩墙 附近也可见类似 现象， 如北一采 区 0 工作面边 切断裂带附 近的岩墙 ， 见有熔岩角砾岩 ． 为角砾状结构 岩体的平面形 态较复杂 ， 用钻探法圈定 的形态多为不规则的椭圆形 ． 舌彤． 边缘参差 不齐 ， 方 向性 好 ． 长轴 方 向 大致 NNE I t ] ． 升 下实见 一 般为 小型 岩 体 ． 其 厚 度 各个 方 向 E 的延展长度及边缘形态更为复杂。 2 6 井田内火成岩体基本上沿主要断裂带活 动 ， 靠近断裂交叉部位是其良好的上升通道 ， 删 1 大 兴矿 S 1 7 0 4运顺 6 5 2 m 处 岩 墙 1 ． 3分布特 征 实践探明 ， 辉绿岩体沿中心管道溢 出后 ， 沿层间形成 j个较大 的岩床， 侵入煤层顶底 板． 并 由此派生出对回采工作面煤质有较 大 影响的更次一级岩墙 ， 申珠状及薄层状岩体 ． 其特征 如图 2 所示 匿 2 兴井 田上煤组岩庶分布图 床⋯ 以 9 2 5 、 7 0 2岩体为中心， 由南翼运 蝴 一 辩 维普资讯 第2 期 铁法科技 2 0 0 0 年l 2 月 输大巷西至 F 4 9 号断层， 北起第 4 勘探线至 1 3勘探线 ， 面积约 Km 。与 7 一 号煤层顶板 直接接触 ， 部分 吞蚀 了煤层或使其成为天然 焦， 使该煤层厚度由 5 ． 5 m变薄为 2 m左右． 最薄处 0 ． 7 5 m。在 N． 4 0 7 皮带道上方将 4 号煤层全部烘烤变质 为天然焦 ， 在 7 0 2孔附 近局部吞蚀 4 2 号煤层 ， 形成无煤带。 床二 以 9 1 7岩体为 中心， 侵入 7 号煤 层顶板 ， 面积 1 ． 2 k in 将 7号煤层局部熔蚀 或成天然焦 在 9 1 5孔附近上侵 4 号煤层底 部， 岩体厚 2 o 一3 0 m， 据 N． 4 0 2工作面实见 ， 该岩体以岩墙产出侵入煤层 ． 使该工作 面变 为不粘煤 ， 局部变为天然焦。 床三 侵入 4 一 煤层底 部， 据 S 4 0 4 、 S 4 0 2工作面实见 ， 该岩体 以岩墙及 串珠及薄 层状侵入煤层发生接触变质。 床四 面积约 2 ． 6 k in ． 岩 体厚 5 ～4 0 m． 在南一采 区沿 F 4 0断层 向西侵入 4号 煤层 顶部或中间 ． 使该煤层厚度 由 3 ． 5 m变薄为 2 ～ 0 ．7 m 。 床五 发育在北二采区中部 ， 呈狭长条带 状 ． 面 积约 0 ． 3 k in ． 侵 入 4 煤 层 中间 ， 厚 0 ． 3 8 ～0 ． 6 m， 对该煤层 影响较轻。 1 ． 4火成岩对煤层的破坏作用 井 田内火成岩对煤层的破坏作用基本为 吞蚀熔化和烘烤变质两种 。其中吞蚀熔化包 括岩床大面积的层状吞蚀， 小型岩体局部吞 蚀及有一定方向的岩墙分割等 。 对煤层 的烘烤变质作用 ． 即化学热液变 质作用是高温岩浆在冷凝过程中释放的大量 水蒸汽和挥发物质 ． 使煤的变质程度增高 ， 颜 色变浅， 硬度增高， 外生裂隙发育． 并部分充 填了方解石， 同时煤的挥发份和发热量降低 ． 燃点增高 ． 因而煤的灰分普遍增高。 由于煤的 矿化度普遍增高， 形成煤质 的带状分布． 即天 然焦一气煤 一不粘煤一长焰煤 2 火成岩与煤层的关系 2 ． 1接触类型 大兴井田的每个大型侵入体的整体形态 均以岩床的形式表现． 矿井巷道所见形态各 异的岩体都是大岩床的边缘相产 出的小分支 岩 体， 它们的出现 ． 朔源均证明母体的存在 。 分支岩体一般沿母体边缘相带展布． 形状不 规则 ， 产状各异。 大兴井 田火成岩与围岩的接 触关系属侵入接触关系 2 ． 2侵蚀程度与煤层结构有关 煤 层由于沉积物 质和外界 因素的差异， 使煤层在不同地段或煤分层 的结构硬度、 密 度不同， 通常岩浆易沿煤层中较软弱的层位 侵入。如 4 z 煤层 ， 伪顶或直接顶由泥岩、 泥 质砂岩、 薄煤层等组成 ， 因而 4 - z 煤层顶板受 火成岩巡蚀严重 ， 煤层上部多被熔蚀或变质 又 由于 4 z 煤 层结构 多为复合 型， 煤 的 自然 分层多， 硬度小． 岩浆侵入煤层之中形成似层 状、 钟乳状， 层间不规则状等形态。 2 ． 3煤层厚度对岩浆活动的控制作用 煤层越厚为岩浆活动创造 的空间越大． 在本井 田， 4 - 2 号煤层厚 1 ． j ～2 ． 8 m， 岩浆侵 入到 4。 号煤层时， 形成较大的无煤区 7 层 煤平均厚度 3 ． 5 ～5 ． 0 m． 当岩浆侵入该煤层 时 ， 煤层易形成局部积聚的情况 ， 无论岩浆呈 何种状态， 其周围或多或少均留下了残留煤 层 3 火成岩侵蚀区煤层的赋存状态 如前述 ， 由于侵入岩浆受到诸多 因素的 控制． 形成了不同形态的岩体 ， 相应的也残留 了不同形态的煤层和天然焦 ． 概括起来 ， 可分 为以下几种类型。 3 ． 1 连续煤层 这一类型煤层基本保持了连续性， 但也 是开采煤 层最为复杂的一类， 煤质受其影响 也最大。 岩体在侵入煤层的顶或底板使煤层明显 变薄． 残留煤层厚度与岩体厚度成反 比 同时 也与煤层原来的厚度成正 比， 即原来的煤层 越厚 ， 残留的煤层或天然焦也越厚。 如床 4于 2 7 维普资讯 第2 期 铁法科技 2 0 0 0 年l 2 月 F 。 以西侵入 4层煤顶底板 ， 煤层厚度一般为 1 ． 0 1 ． 5 m， 最薄处仅剩 0 ． 7 m 原厚 3 ． 5 m ， 床 5面 积 约 1 ． O 1 2 k m ， 侵 入 4层 煤 面 积 0 ． 8 k m。 ， 使煤层变薄 为 1 ． O m， 局部不可采． 此类型煤变质一般较高。 波状起伏状岩体多发生在岩浆侵蚀区的 边缘地带． 疲状起伏的幅度不大。 当突入煤层 中间， 在突入部分两侧或顶底残 留厚薄不一 的煤层和天然焦 。 3 ． 2 不连续煤层 煤层受到岩流的破坏 失去连续性 ， 多数 呈现鸡窝状， 大型钟乳状或大型丘状产 出， 倾 角均不小于 5 O 度 ， 边缘不整齐。在火成岩非 边缘地带岩体受 自力静压力作用 也与 围岩 性质、 构造有关 岩体波状起伏较大 ， 因此 在 不太厚的煤层中． 由于较大的波状突起 ， 就会 将煤层侵蚀掉 ， 形成无煤 区。反之， 在岩体两 侧就造成了煤或天然焦的局部积聚， 这种 残 留煤的长度方 向， 一般平行于岩体 的长轴方 向 。 岩墙破坏 了煤层的连续性， 但其形态特 征与上述情况相反． 其特征为岩体倾角均在 8 O度以上 ， 与煤层接触面较平整， 有熔岩 角 砾存在 ， 岩体附近煤层 肉眼鉴定有 明显的煤 质分带现象。 3 ． 3 煤层中不规则的零星岩体 岩体形态不规则 ， 个体不大 ， 存在于煤层 中间， 实际就是煤层的包裹体． 煤层一般无变 质现象或轻微变质， 这类岩体 占煤层空间不 大， 与煤 层接触 面不整齐 ， 多见于 4 号煤 层 。 4 与煤质的关系 在火成岩侵蚀区， 煤层发生接触变质 。 煤 的接触变质作用是指岩浆侵入煤系地层时 ． 其 内部所含各种气体、 液体在高温作用下 向 煤层释放， 并使煤层发生变质的作用 岩浆在 冷凝过程中， 高温蒸汽渐 变为高温热液 3 7 d 一 3 0 0 ℃ ， 至中温热液 3 o o 一2 o 0 ℃ ． 此时岩 2 8 浆的活动性强 ， 压力大 ， 温度 高． 到低温热液 时 约 2 ∞一5 O ℃ ， 岩浆 的流动基本停止． 对 煤层变质影响较小。 这种高温气体、 液体可沿断层 、 破裂带、 煤层 的裂隙与孔隙扩散运 移到较远 的地方， 使煤层在较大范 围内发生变质， 从本 井田揭 露 4 、 7两个煤层实例． 如岩浆位于煤层 下部 则煤变质高 ． 范围大 ， 反之则小。在火成岩侵 入区煤种一般均此周围地区高一个牌号 见 图 3 。 周 3丈 兴 井 田开 采 煤 层媒 种牌 号 周 4 ． 1岩体在煤层底板时煤质变化情况 岩体在煤层底板时对煤的变质程度影响 最大。 在接触变质的三个主条件中， 岩体产状 对于煤层 的空间形态 最为重要 ， 其次是岩 体与煤层的距离 ， 再次是岩体的厚度 。 根据对 4煤层煤质资料研究， 当岩体为 岩床侵入煤层底板 ， 天然焦厚度与煤层 和岩 床之间的距离有关 见 围 4 ． 在曲线围上天 然焦的点大多集中在 2 m 以内约 占 9 4 当 超过 2 m 以后 ， 煤层变为天然焦的可能性减 小。 如在 S 4 0 6 工作面跟踪观测， 岩体距煤 层 2 m 以内， 煤层全部变为天然焦 ， 但岩体距 煤层在 2 m 以上时 ， 煤层 自下而上全部或部 分变为不粘煤 图 5 ， 是当岩体侵入煤层 底 部． 天然焦厚度与岩体和煤层距离的变化曲 线． 说明岩体距煤层愈近， 天然焦厚度愈大 。 4 ． 2岩体在煤层顶板时的煤质变化 岩体侵入部位在煤层顶板， 可使煤层 自 上而下发生变质 图 6 ． 说 明了天然焦厚度 维普资讯 第2 期 铁法科技 2 0 0 0 年1 2 月 与岩体的厚度有关 ， 亦与岩体和煤层的距离 有关。 鑫 。 裴 。 鉴 O 图 4 岩体侵入煤层底板与天然焦关系曲线图 图 5 但不论岩体厚度多大 ． 与煤层距离多近 或傲为煤层的直接 顶板 ， 天然焦厚度仅为 蕾 螳 鞋 垃 稍 盍1 5 卦 1 ．0 蜒 0 ,5 0 岩 与l 嚏 再， m 岩体侵入煤层底板天然焦厚度与岩体和煤层距离关系曲线图 0 ． 5 m左右， 最大亦不超过 1 ． O m。 4 ． 3岩体侵人煤层中间的煤质变化 l 1 ． 5 1 ． 0 0 ． 5 O 图 6 岩体厚度与天燕焦厚度及岩体与煤层距离关系曲线图 1 岩墙追朔源产 自岩床 ， 岩墙在工作面 状薄层岩体 、 透镜体等 。一般体积较小 ， 宽或 内一般宽 1 6 m， 最宽达 1 5 m左右 。岩墙两 长度不超过 2 m， 似层状薄层岩体长 j 一2 0 m， 侧煤质变化有明显的分带现象。如 S- 4 0 2工 但厚 均在 0 ． 3 m 以下 ， 因此这类岩体对煤层 作 面实测， 岩墙宽 为 1 m 时． 两侧天 然焦厚 的变质作用甚微 。 0 ． 5 5 m． 当 2 m 时 ． 天然 焦厚 为 0 ． 8 m 又如 N[ 4 0 2 工作面岩墙宽 3 ． 6 m， 两侧煤质情况依 次为 距岩体 0 ． 5 m时 ， 灰分 6 1 ． 1 6 ， 挥发分 2 7 ． 8 5 ； 距岩体 l m 时， 灰分 为 4 j ． 3 2 ， 挥 发 分 为 3 2 ． 0 6 “ 距 岩 体 2 m 时 ， 灰 分 为 4 0 ． 1 7 ， 挥发分为 3 5 ． 4 8 2 火成岩体巡入煤层中间． 天然焦厚度 与岩体厚度有关 见图 7 。 匿7 岩体侵入煤 层中间岩 体厚度与 天然焦厚度关系曲 线图 煤层 中间岩体包括不规则状岩体、 似层 5 火成岩侵蚀 区的煤质预报 火成岩侵蚀煤质的变化遵循的一定 规 律， 其研究方法也是有规可循的。 在利用前人 研究成果及方法的同时． 根据本地区、 本井田 火成岩活动特征和煤 质变化趋势． 做出近期 和中期预报是有可能的。 5 ． 1 资料的收集与汇编 对火成岩的研究一般比较复杂工作方法 主要有三个步骤 1 现场观测岩体的产状、 规模， 岩体 与 煤层的接触关系 ， 岩体边缘擦痕及流动方 向， 煤层的变质程度及煤质分带现象 ， 绘制素描 图等。 2 正确选择采样点． 一般 自岩体向外最 少应布置三个采样点 即接触 面、 煤层变质 带、 正常煤 层 ， 化验项 目应包括灰分 、 挥发 2 9 山 ， 巨蛙 维普资讯 第2 斯 铁法科技 2 0 0 0 年1 2 月 分、 发热量 有条件的可开展胶质层厚度、 粘 结指数测定 等确定煤层变化程度和煤种牌 号 。 3 依据上述各项资料进行煤质综台编 录． 编制火成岩侵蚀 区煤质图 包括平面 图、 剖面图 。绘制煤层灰分等值线图 5 ． 2煤质预报 火成岩侵蚀区煤质的变化无论在水平分 带或垂直分带一般都是渐变的过程 接触变 质作用在水平上应注意与动力变质 的区别 ， 在垂直分带上应注意与深层变质的区别 ． 因 此， 根据历年煤质化验资料分析开采煤层在 各水平、 各采区间的煤质变化规律 ， 就可以预 测采区近期及矿井中长期的煤质变化趋势和 发展 。采区近期预报要求在准备工作面形成 之前． 根据石 门运输及回风巷道实见所收集 的有关地质资料及煤质化验资料编制回采工 作面煤质说明书。煤质说明书内容包括地质 煤质平面图、 剖面图、 煤质化验资料及建议措 施等文字说明。近期煤质顶报是火成岩侵蚀 区制订 回采施工方案， 施工准备和编制 回采 工作面说 明书的重要依据 ， 因此必须做到及 时准确 。 中、 长期顶报是在近期预报的基础上 进行分析 、 推断 ， 一般中期预报每 2年进行一 次 ， 长期预报每 4 5 年进行一次 。在一个煤 田， 成煤因素很多， 往往多项指标闻有着内在 的、 多方面的联系， 因此有必要跨井田从多因 素来进行分析 。这种变化规律不仅表现于挥 发分、 发热量和灰分 ， 还有结焦性、 粘结性 、 硫 分、 元素分析 、 牌号等的变化， 可 以从中找 出 各项指标问的相关关 系， 定期进行一次 系统 的煤质资料汇编 ， 提供矿井中长期煤质预报 作 者简开 陈 哪 9 8 0￡些 业于阜新矿 业学院 地测 系谋田地质勘探专业， 工程师 ， 现在大 矿负贾矿井媒 质管理二作 小康矿 南二采区三维地震勘探报告通过评 审 由中国煤田地质 总局地球物理勘探研究 院承担 的“ 小康煤矿 南二采 区三维 地震 勘 探” ， 日前通过了铁煤集团公司组织的专家委 员会评审 。 小 康 矿 南 二 采 区 勘 探 研 究 区 面 积 2 ． 1 7 k in ， 在该 区 实施 三维 地 震 勘探 工 程 1 9 777 77 个物理点， 并按照“ 三高” 即高分辨率、 高保真度、 高信噪 比 处理原则 ， 结台多种参 数对三维地震数据 进行精细处理 ， 获得如下 技术成果 1 、 查 明区内 1 煤 层底板起伏形态和深 度； 2 、 查 明了 区内 1煤层中断层的发育情 况 ， 区内共解释落差大于等于 3 m的断层 1 6 条 ， 落差小于 3 m的断层异常 1 3条。与原地 质勘探结果相 比， 新发现断层 1 5条． 修正了 1条 断层 ， 否定 了 F F F 3条断层 的存 在 ； 3 解释了研究区内 1煤层反射波振幅异 常． 并在 1 煤层底板等高线 图上圈定了煤层 反射波振幅异常带 评审认为 小康矿南二采区三维地震勘 探成果资料可作为南二采区优化设计的地质 依据 。 段宏群撰稿 维普资讯