2#、4#煤层厚度变化分析报告

2#、4#煤层厚度变化成因分析 一 、成煤概况 我井田处于华北地台含煤沉积区域，成煤时期主要为古生界石炭-二叠系，此时期地壳相对较稳定，主要为海陆交互相含煤沉积环境，为重要的聚煤期。 华北石炭-二叠纪煤系（二叠系下统山西组与石炭系上统太原组）的海陆交互相含煤沉积主要是由一个完整的海侵-海退旋回组成。石炭系上统太原组，为多旋回的海相沉积，主要以滨海沉积环境含煤沉积为主，煤层产生于每个旋回上部的泥炭沼泽相中。二叠系下统山西组为典型的陆相沉积，该组具有含煤沉积向内陆河湖环境过度的特点，为一套陆源碎屑组合。由于地壳运动（东吴运动），在二叠系初期华北海水逐渐退去，沉积环境由石炭系上统太原组的海相沉积向二叠系下统山西组的陆相沉积过度，成为滨海-陆相过度相含煤沉积，即我矿华北石炭-二叠纪煤系的海陆交互相含煤沉积环境。 由于华北石炭-二叠纪煤系的海陆交互相含煤沉积主要是由一个完整的海侵-海退旋回组成。所以，石炭系晚-早二叠系早期，海水向内陆退去，区内主要以过度相沉积为主。在本井田二叠系早期形成的三角洲前缘席状砂体上，广泛发育沼泽泥炭环境，为4#煤层的形成提供了有利的条件。这一时期，本区域地质环境相对稳定且持续时间较长，所以，形成了稳定的且厚度较大的4#煤层。4#煤层形成的后期，在本区域发育一条由东南向西北方向的古河流。河流带来的泥沙迅速将4#煤层埋藏起来，同时也对4#煤层进行冲蚀作用。古河流源头东南方向冲蚀最为明显，现在本井田区域1404工作面以后，这是因为古河流源头水流较大形成的冲蚀带较明显也对煤层破坏最严重。由于古河流水流方向也有可能遭受河流泛滥的影响，使得4#煤层上部的夹矸层数增厚。 随着时间的推移，古河流进入“老年期”，并渐渐废弃。在此基础上，又一次广泛的形成了泥炭沼泽环境，为2#煤层的形成提供了条件。这一时期，地壳活动加剧，本区域地质环境相对动荡，所以，2#煤层形成的厚度较小，稳定程度不及4#煤层，且中间有煤分层出现（3#煤层）。最后，由于地壳动荡加剧，在2#煤层形成的后期，本区域有新的古河流发育，同时也对2#煤层进行冲蚀作用。但此古河流会形成不稳定的砂岩体，不同程度的冲蚀2#煤层，表现为2#煤层的局部薄煤区域。由于河流不断的流动和冲蚀作用，所以直到山西组沉积结束，再没有形成可采煤层。这就是本井田2#、4#煤层沉积概况。 二、井田2#、4#煤层沉积层序 我矿开采的煤层主要为石炭-二叠系煤层，为一套滨海相-陆相（河流、盆地）为主碎屑岩含煤沉积。上组煤层（2#、4#煤）为二叠系下统山西组煤层，其沉积环境为海退时期陆相（盆地、河流相沉积）含煤沉积，该组主要由3～6个中粗粒长石石英砂岩-泥岩、炭质泥岩-煤层或煤线的沉积旋回组成，可分为三个沉积旋回，每个旋回下部为灰白色中粗粒长石石英砂岩、长石砂岩，中部为深灰色泥岩夹薄层砂岩，上部为泥岩夹煤层（2、4号煤层）。其中底部的灰白色粗粒长石石英砂岩，层位稳定，成份以石英为主，燧石少量，颗粒支撑，次圆状－浑圆状。下组煤层(8#、9-2#煤)为晚石炭系上统太原组煤层，为一套典型的海侵相含煤及含少量碳酸盐岩的陆源碎屑岩组合，依据岩性组合、沉积旋回和含煤特征将其分为三个岩性段，顶部为灰色厚层状中粒长石石英砂岩，底部为灰白色细－中粗粒石英砂岩，石英含量高，碎屑磨圆度好，发育低角度的板状交错层理、羽状层理，其中间为一套黑色、灰色泥岩、炭质泥岩、粉砂岩、薄层中细粒砂岩。 依据陕西省府谷矿区冯家塔井田精查地质报告的综合垂直层序图(附图1)知：二叠系下统山西组含煤1-4层（1#、2#、3#、4#煤）由两个沉积旋回组成，每个旋回的底部为大型槽状、板状交错层理的中粗粒长石石英砂岩，局部砾岩，上部为小型槽状、板状交错层理的细砂岩、水平层理的粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层，夹菱铁矿条带。井田2#、4#煤层赋存整体稳定，为倾向北西的单斜构造。根据井田钻孔对比图揭示，井田部分钻孔揭露2#、4#煤层结构发生变化，煤层厚度变化大；直接顶板岩性变化大（泥岩、砂质泥岩-中、粗砂岩），局部煤层变薄；局部3#、4#煤层合层煤层厚度约7.5米，顶板岩性为砂质泥岩、粉砂岩，厚度为2.0-2.5米。底板岩性以泥岩、粉砂岩为主，局部为细砂岩，厚度1.2-4.85米。 三、2#、4#煤层变薄的主要原因 根据目前已揭露的地质资料分析，在2#煤辅运大巷延伸段薄煤区域（附图2），煤层直接顶板变为中、粗粒砂岩，在地质变化带边缘煤层铝质泥岩上部0.5米煤层呈马尾状，逐渐变薄、尖灭。 在1206工作面两顺槽在薄煤区域煤层结构发生明显变化，局部层位有缺失现象（铝质泥岩及上部0.5米煤层缺失），煤层与顶板为假整合接触，煤层直接顶板为含煤屑冲积相含巨砾粗粒砂岩-中砂岩，交错层理，说明该段受古河流冲刷较严重，顶板砂岩含水层富水性较强。 此外，4#煤辅运大巷在掘至1403运顺车场口时遇到薄煤区域，范围74米，煤层厚度1.6-3.0米，该压梁走向为北西-南东（139°-319°），延伸至1406工作面。根据1404运顺已揭露的地质构造段资料，薄煤区域煤层厚度2.25-2.60米，范围78.9米，煤层与顶板也为假整合接触，煤层直接顶板为冲积相中粗砂岩，局部为含砾砂岩。因此地层在沉积4#煤后期，该区域存在古河流流经1404运顺、辅运，向南东延伸至1406工作面。针对掘进巷道中频繁出现薄煤区域（压梁构造）这一现象，因此很有必要对这一现象进行分析讨论。 煤层变薄的主要原因：（a）地壳的不均衡沉降；（b）泥炭沼泽基地不平；（c）河流冲蚀；（d）构造变动；（e）其它因素引起的煤厚变化。就目前2#、4#煤层不同程度的局部薄化现象而言分析煤层变薄的主要原因为构造原因和古河流冲蚀。局部煤层的薄化，可能是由上述一种原因而引起，也有可能是两种原因共同作用的结果；两种原因所引起的作用可能相同，也有可能一种为主，一种次之。从目前掘进巷道已揭露的地质资料分析来看，薄煤层区域主要出现在2煤回风大巷延伸段、1206两顺槽、2煤辅运大巷延伸段、1404运顺等巷道。从揭露的巷道显示出煤层和顶板中、粗砂岩接触面上基本不存在断层明显特征：如接触面光滑，煤层与顶板岩性非正常沉积接触，接触面有小阶步出现，煤岩交互穿插出现等。 排除构造引起的煤层变薄的观点如下：（1）薄煤带范围的煤层及煤层底板无任何错动迹象。（2）在薄煤带区域顶板与煤层无构造运动明显的迹象，相反煤层煤质正常，宏观煤岩特征明显，煤层结构在薄煤带后逐渐正常，水平层理构造明显，无扰动和错动所常见的糜棱状煤的现象。（3）整个薄煤带煤层与顶板呈假整合接触，属于正常沉积现象。从煤岩沉积特性可以看出本区域煤层薄化的主要原因应为古河流的冲蚀作用所至。理由如下：2#、4#煤层的整体结构基本正常，显水平层理，局部有被河流侵蚀的迹象。在2煤回风大巷延伸段、1404运顺巷道附近的老顶中粗砂岩中有砂质包裹体，煤层被侵蚀明显变薄，在煤层顶部还有中粗粒砂岩结核，岩性与老顶基本一致，可能就是古河流水流冲刷形成。煤层顶板岩性为中粗粒砂岩，呈灰白色-白色，中厚层状，中粗粒砂状结构，发育平行层理和低角度交错层理。砂质碎屑主要成分为石英，其次有长石。基质为粉砂岩，钙质胶结，为典型的河床沉积产物。此外，局部煤层顶部还含有细粒砂岩透镜体0.5-1.5米，出现薄煤带的地段，主要煤、岩呈犬牙状交错，煤层中还含有碳质泥岩并且灰分很高。此外，顶板砂岩体中含有薄层状煤屑层并夹杂与砂岩顶板中，说明沉积环境是沼泽植物发育的还原性环境，并且大部分活动碎屑沉积环境不是煤层形成的有利场所，只是明显受到邻近成煤环境的影响。上述几点沉积特征在煤层顶板均见，在沉积了4#号煤层顶板砂岩体后河流相逐渐退化，河漫滩相逐渐扩大以至发展到沼泽相、泥炭沼泽相，从而沉积了厚度不稳定的3#号煤层，以及较稳定的2#号煤层。 四、2#、4#煤层薄煤带范围预测： 1、根据1206两顺槽揭露的地质资料，河流冲蚀带走向约78°-168°，对1205、1206工作面影响较大，延伸至1207、1208、1209工作面，至井田南东部尖灭，根据其走向对三采区煤层顶板影响不大。2#煤回风大巷、2#煤辅运大巷延伸段冲蚀带走向约178°-358°。根据冲刷带走向，对二采区、三采区东部影响较大。 2、4#煤辅运大巷、1404运顺揭露地质资料，冲蚀带走向约156°-336°。根据已揭露资料及冯家塔井田4#煤层顶板岩性及直接顶厚度等值线图，该冲蚀带曲线性强，延伸较远，对煤层厚度影响较大，局部宽度较宽。由于砂体等厚图上砂体等厚线的形态、位置直观的反映了冲蚀带成因类型和分布规律，绝大多数(90%)对煤层破坏较大的冲刷带都出现在砂厚低值区域，且平行于等厚线的长轴方向。因此，结合4#煤层顶板岩性及直接顶厚度等值线图，显示了4#煤中有一处从南东到北西的不规则砂体区域。此区域影响4#煤层(附图3)的范围主要有1404、1405、1406三个工作面。在1406工作面约893m-1165m处出现，影响范围长度约为272m 、宽度200m；在1405运顺开口至255m、800m-895m处出现，影响范围长度约为350m、宽度260m；1404工作面影响范围长度约730m、宽度195m。这些冲蚀带砂体主要是煤层沉积后期的冲刷带，范围狭窄，对煤层的破坏较大，在狭长范围内有较深的冲蚀空间。所以，应在以后的掘进生产中引起高度重视。 附图1：石炭-二叠系山西组、太原组地层综合垂直层序图 附图2：2#煤辅运大巷延伸段过构造变段边缘写实图 附图3: 1404运顺构造延伸预测图 地质测量部 2012-10-17 PAGE 7