有关地质构造对煤层厚度的影响研究

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[摘要] 对于煤矿开采而言，煤层厚度的重要性是不言而喻的。煤层厚度不足，将会给开采工作的正常进行带来极大的影响，如井田煤炭储量严重不足，一方面增加了开采成本，另一方面降低了开采效率。文章结合实例重点研究了褶皱构造、断层构造，还有岩浆入侵等三大地质构造类型对煤层厚度的相关影响，旨在为煤矿开采工作提供一些助益。

[关键字]地质构造 煤层厚度 影响

[中图分类号] P5 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-1-86-2

根据传统理论，影响煤层厚度变化的因素可大致划分为两大类，一是原生变化，二是后生变化。对这两大类因素进行透彻的研究，有助于对煤层厚度进行精准的测算。测算数据关系着能否计算出煤炭的真正储量，还关系着开采施工的高效布置。所以，在实际生产环节要深入了解各种地质构造对煤层厚度的影响，找出并掌握煤层厚度的变化规律，以利于后续的开采。对煤层厚度产生重要影响的三大地质构造类型分别是褶皱构造、断层构造以及岩浆入侵。

1褶皱构造

所谓的褶皱构造是指在地壳运动的作用下，岩层受到水平方向上的挤压作用，发生塑性变形，最终表现为波状弯曲的构造状态。褶曲是褶皱构造的基本组成单位，主要有背斜和向斜两种基本形态。对影响煤层厚度的各种地质构造进行比较，可发现褶皱构造的影响是较为突出的，原因在于煤层相对松软，在构造应力的影响之下，容易发生塑性流动以及变形，造成某处煤层加厚、变薄以及尖灭等。[1]

在褶皱构造的形成与变动过程中，受垂直压力的影响，褶曲轴部所受压力大于两翼，造成两翼煤层增厚，而背斜轴部煤层变薄；受水平挤压力的影响，褶曲两翼所受压力大于轴部。于是在煤层形成褶皱过程中，煤层将会沿着压力从大到小的方向形成塑性流动，最终在背、向斜轴部形成较厚煤层，而两翼的煤层较薄。如图1所示。

图2为某矿区的某处地质图，从图中可以看出各处的煤层厚度情况：轴部79-20处32.22m，138处41.27m；两翼3处15.24m，81-13处7.66m。就煤层而言，褶曲轴部较厚，两翼较薄。

2断裂构造

岩层在受力情况下会发生变形，如果作用力超过岩层所能承受的强度极限，那么岩层的连续性以及完整性将遭到破坏，产生断裂。岩层断裂之后，破裂面两侧位置处如果有岩块的明显的位移，就将该处称之为断层，如果位移不明显，就称之为节理，二者都属于断裂构造的范畴。[2]

和褶皱构造相比，断裂构造对煤层厚度的影响相对较小。在断裂构造的影响下，连续的煤层将被"强行折断"，一方面给开采工作提高了不少难度，增加了开采成本；另一方面在断裂构造地带薄、厚煤层分布情况较为复杂，降低了开采效率。

2.1褶曲伴生

所谓的褶曲伴生是指褶曲为主构造而断层为伴生构造。该种构造有两种类型：1）背斜为主构造，则断层层面多为张性裂隙，破碎带宽且含水量较大，因而煤层顶板容易受拉应力的影响而发生破碎现象；2）向斜为主构造，则断层层面多为闭合性裂隙，破碎带窄小且胶结性较好，含水量一般较小，因而煤层顶板受拉应力的影响较小。[3]

2.2逆断层构造

逆断层构造通常表现为"z"型又或者反"z"型的剖面，识别难度不大。逆断层构造中，应力会将煤层底板或者顶板折断，并顺着煤层薄弱面发生迁移，最终消失。煤层的受力区域将会因此逐渐变薄，甚至消失。[4]

2.3层间滑动构造

当煤区地层受到侧向挤压之后，煤层便会发生柔性流动以及层间滑动，最终形成犹如鸡窝状的煤层。层间滑动通常会给煤层施加一个剪切挤压应力，使煤层厚度在挤压应力的作用下逐渐变薄。起伏不定的的滑面不但破坏了煤层构造，还可能导致滑褶构造的产生，加大煤层所受的挤压应力，进而产生揉皱变形等问题。

滑动构造对煤体得破坏方式是不尽相同的，因此破坏结果也是千差万别的，因此可将煤层厚度的变化归结为三大类：1）剪切压薄型。煤层顶板又或者底板发生滑动便会导致剪切应力对位于剪切带的煤层发生作用，从而导致一组剪裂面与滑面彼此相交，与之相应地，位于剪裂面两侧的煤层也发生滑落移动，综合作用之下，改变煤层厚度以及煤体结构；2）滑动切蚀型。低角度顺层以及断层的层间滑动构造面发生比较轻微的角度变化时一般会对煤层造成切蚀作用，使之发生变薄效应；3）滑褶穿刺型。煤层和相邻岩层之间受滑褶作用的影响，造成顶、底板对煤层造成穿刺挤压效果，煤层的形态便会因此发生不规则变化，如厚薄突变，又或者发生局部的分叉合并问题以及煤层内部出现外来岩石透镜体。煤层的原生结构基本上无法维持，进而表现为碎裂状、鳞片状。图3为某矿区某正断层附近地质图；图4为某矿区某逆断层附近地质图。从图3中可以看出各处的煤层厚度情况：F14附近5.41m，2号处11.24m，表现出煤层厚度随着远离断层而增加；从图4中可知：91-5处12.67m，3处8.22m。

实践发现：断层的落差越大，煤层变薄范围也越大；断层切过煤层顶底板岩石的强度越小，则煤层变薄范围越小；断层倾角越大，则煤层变化范围越小。[5]

3 岩浆侵入

在我国，近三分之一煤矿含煤层中存在不同程度的岩浆侵入现象。岩浆侵入煤层不仅严重破坏了煤层的连续性以及完整性，大幅减少了煤的可开采总量，而且在岩浆的作用下，接触煤层将会发生燃烧，进而变质，表现为粘性明显减低，器灰分量明显上升，使其丧失了原有的工业价值。总而言之，岩浆侵入将会对煤层造成各种各样十分严重的不良影响，诸如破坏煤层，降低煤炭品质以及给煤炭开采带来阻碍等等。因此，在影响煤矿正常生产的诸多不利因素之中，岩浆侵入这种地质构造类型的危害首屈一指。同时需要特别注意的是，在某些矿区，煤层由于岩浆侵入影响，发生了热变质反应，形成了新的煤炭品种，有些甚至具有极高的商业价值。当然这种情况并不算太多。

岩浆的侵入通常会有较大的几率改变煤层的原始结构、形态以及厚度等。若岩浆侵入情况比较严重，那么煤质所受到的破坏与影响也就会相应严重的多，甚至有影响到个煤层，将其中的煤转变成天然焦炭，严重降低了煤炭的开采效率以及使用价值。岩浆入侵煤层可能使两层，也可能是更多，另外侵入的部位也不尽相同，根据这些情况可以把岩浆入侵分成四种类型：1）顶板侵入型。岩浆自煤层顶部开始侵入，该种情况之下，在岩床下面一般有层状又或者似层状的可供开采煤层；2）中间侵入型。岩浆自煤层中间进行侵入，受岩浆流动性以及波动性的较大影响，煤层有较大几率分叉成两层又或者多层，各分层的可采性通常受原始沉积厚度的较大影响；3）底板侵入型。岩浆自煤层底部开始侵入，在岩床上面一般会有层状又或者似层状煤层，岩床下面则是煤线又或者灰质页岩；4）顶底板侵入型。岩浆自煤层顶底板在同一时间段侵入，由于岩浆本身的高温以及推挤特性的作用，上下岩床之间通常出现藕节状，还有串珠状，又或者鸡窝状大小不一的煤体。综合看来，煤层被破坏程度和岩浆侵入的规模、岩性以及产状有着密切的关系。[6]

岩浆侵入煤层，并对煤层造成吞蚀破坏，一方面使煤层厚度变薄，另一方面使得煤层结构更加复杂化，直接导致了无规则状煤层以及类似层状煤层的增多，另外，夹矸现象也较为突出。值得一提的是，岩浆侵入之后和煤层刚开始接触的那部分区域是煤层焦化程度最为严重的区域，此区域的煤炭具有以下特点：1）没有光泽；2）坚硬致密；3）将其敲碎之后，能够在断口位置形成大量粗齿状的外观，因此，人们称之为"犬齿煤"。 [7]

4 结语

综上所述，褶皱构造、断裂构造以及岩浆侵入这三种地质构造类型都会对煤层厚度产生十分重要的影响。相较而言，又以岩浆侵入的危害最为突出，应该多加关注。