謝橋礦6煤層厚度變化特征及其主控因素分析

陳向陽

摘要：煤層厚度的變化是煤礦安全合理開采的重要影響因素之一。本文選取謝橋煤礦6煤層為主要研究對象，通過對地質(zhì)資料整理與數(shù)據(jù)統(tǒng)計，總結(jié)礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育特征；利用趨勢面分析法研究煤層厚度的變化特征；將統(tǒng)計的煤層頂板30m厚度內(nèi)頂板砂、泥巖的厚度值與煤層厚度值做相關(guān)性分析，同時繪制砂泥比等值線圖，將其與煤層厚度等值線圖進行對比分析，得到如下結(jié)論：謝橋礦6煤層厚度的整體變化主要受到沉積因素的影響，而區(qū)內(nèi)高角度中小型正斷層改造煤層局部厚度的變化。

關(guān)鍵詞：煤層厚度，地質(zhì)構(gòu)造，砂泥比

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

謝橋礦地處淮南煤田潘謝礦區(qū)的西端，設(shè)計年產(chǎn)量906萬噸。礦區(qū)主要含煤地層包括二疊系山西組與上、下石盒子組，地層總厚度約727m，可細分為七個含煤段。本文選取的6煤層位于下石盒子組的第二含煤段，段厚約116m，含煤系數(shù)達10%，共含6層可采煤層。該含煤段底部為含礫中粗砂巖，發(fā)育沖刷現(xiàn)象，其上發(fā)育一套花斑狀泥巖、帶狀泥巖以及鋁質(zhì)泥巖；中部常見薄層狀粉細砂巖、砂泥巖互層，具渾濁層理和底棲動物通道，含舌形貝化石。

2 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育特征

謝橋煤礦位于淮南復向斜中部，陳橋背斜的南翼、謝橋向斜的北翼?？傮w上呈一走向近東西、向南傾斜的單斜構(gòu)造。地層傾角一般10°～15°，雖局部地段發(fā)育有小的褶曲，造成地層起伏，但波幅較小，地層產(chǎn)狀總體上變化不大，單斜構(gòu)造特征明顯。

井田內(nèi)斷層發(fā)育程度較低，規(guī)模較大的斷層多為井田邊界斷層或發(fā)育在井田深部；且以北東、北北東向斜切的高角度中小型正斷層為主，偶見其它走向斷層，逆斷層發(fā)育極少。南部邊界F202、F206斷層為兩條逆沖推覆斷層，屬阜風推覆構(gòu)造前緣疊瓦扇，兩斷層間夾塊厚100～200m，夾塊內(nèi)構(gòu)造復雜，造成井田深部局部地段含煤地層疊置；發(fā)育于井田深部的謝橋向斜的樞紐向東部仰起，向西傾斜，使得井田東段深部近向斜軸部的煤層走向由近東西轉(zhuǎn)向南東。

3 礦區(qū)6煤層厚度發(fā)育特征

3.1 6煤層厚度發(fā)育的一般特征

礦區(qū)內(nèi)6煤層具有西厚南薄的整體分布特征，西部靠近邊界厚度達4m以上，最厚部位達到6m，煤厚帶的長軸方向近南北向；中部煤層厚度分布較均勻，存在一個長軸方向為北東東向的相對厚煤帶；東端出現(xiàn)局部厚度小于0.5m的相對薄煤帶。

3.2趨勢面分析及其主要步驟

1）初始數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)中的大地坐標值X、Y與煤層真厚度值數(shù)量級較大的差距造成正規(guī)方程組病態(tài)，數(shù)據(jù)溢出，甚至導致數(shù)據(jù)的計算失去意義。故首要工作是對數(shù)據(jù)做無量綱處理。

2）趨勢面方程建立

建立1-5次趨勢面方程（如表1所示），方程中X、Y為無量綱處理后的大地經(jīng)緯坐標，C代表煤層的厚度值，ai為方程所設(shè)待定系數(shù)。將第一步處理后的數(shù)據(jù)代入方程，利用matlab 2013a求得趨勢面方程的參數(shù)。

3）趨勢面方程的擬合度

擬合度D為衡量所設(shè)趨勢面方程的對所研究地質(zhì)問題模擬的準確度。求取公式如下：

式中：C為趨勢面的擬合度；SSR為趨勢面的回歸平方和；SSD為趨勢面剩余平方和；SST為趨勢面的離差平方和。

3.3 煤層厚度趨勢面分布特征

經(jīng)上述趨勢面分析步驟獲得1-5次趨勢面方程，比較不同擬合方程選擇擬合度最高的5次趨勢方程（擬合度為48%）。煤層厚度具有由西至東減薄的趨勢，煤層厚度北部相對南部要薄，而北部煤層厚度更加穩(wěn)定。但礦區(qū)不同部位變化速率不一致，依據(jù)這種差異性以西部趨勢值為3的等值線以及東部趨勢值2的等值線，將礦區(qū)劃分為西部、中部與東部三個變化區(qū)域。其中礦區(qū)西部煤層厚度變化梯度較大，中部煤層厚度分布均勻，東部煤層厚度變化梯度相對較小。

趨勢面分析中煤層厚度的實際厚度值是趨勢值與殘差值之和。殘差值反應的是煤層厚度因地質(zhì)因素引起的局部變化。礦區(qū)存在三個負異常區(qū)，集中分布于東部與中部，表明該區(qū)內(nèi)煤層厚度值相對趨勢值減小；正異常區(qū)平面上呈橫放的反“S”形穿過整礦區(qū)。從上述分析局部與區(qū)域的煤層厚度的變化特征分析6煤層厚度變化并不具有明顯的規(guī)律性。

礦區(qū)內(nèi)由地質(zhì)構(gòu)造因素引起煤層厚度的局部與區(qū)域的變化帶往往具有一定的特征。一般變化帶在宏觀上具有與地質(zhì)構(gòu)造軸線具有一致性。而礦區(qū)煤層厚度的變化不成帶狀分布，規(guī)律性較差，且與地質(zhì)構(gòu)造在分布上沒有關(guān)聯(lián)性。因此從宏觀角度分析，地質(zhì)構(gòu)造并不是煤層厚度變化的主要控制因素。馮增昭（2004年）再恢復某時期沉積層段沉積環(huán)境時該層段的厚度、巖石類型等均可作為單因素反映特定的沉積環(huán)境。礦區(qū)以下三角州的河控沉積為主，此類沉積發(fā)育一套粒度變化的碎屑沉積巖。碎屑沉積巖的粒度往往指示煤層成煤期的沉積環(huán)境。

4 煤層厚度變化的影響分析

4.1 整體煤層厚度變化的影響分析

通過初步分析認定煤層厚度變化的主要控制因素應為沉積環(huán)境的影響。因此，筆者選取礦區(qū)內(nèi)75個鉆孔，并分別對6煤層頂板30m內(nèi)的砂巖與泥巖厚度進行統(tǒng)計，試圖通過定量的角度建立沉積環(huán)境與煤層厚度變化之間的對應關(guān)系。對6煤層厚度與統(tǒng)計所得的砂、泥巖厚度值分別做相關(guān)性分析，結(jié)果顯示煤層厚度值分別與二者成正相關(guān)與負相關(guān)的關(guān)系，當泥巖厚度較大時表明此時成煤環(huán)境更加穩(wěn)定，而砂巖往往指示動蕩的水環(huán)境，不利于泥炭層的堆積，甚至出現(xiàn)河道砂體對泥炭層的原生或后生沖刷，使得煤層厚度大大減薄甚至出現(xiàn)無煤帶。

4.2 局部煤層厚度變化的影響分析

煤層在含煤地層中屬于軟弱層，在應力作用下易發(fā)生賦存狀態(tài)的變化，包括煤層埋藏深度、煤體結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)狀等變化。在平面上往往形成沿斷層走向線展布的煤層厚度變化帶。研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育高角度的中小型正斷層，斷層附近應力集中，煤層厚度在應力作用下往往發(fā)生局部變化。

5 結(jié)論

1）礦區(qū)內(nèi)6煤層厚度整體具有由西至東減薄的趨勢，西部煤層厚度變化梯度較大，中部煤層厚度均勻，東部變化梯度相對較小。區(qū)內(nèi)煤層厚度北部相對南部要薄，但北部煤層厚度更加穩(wěn)定。煤層局部增厚區(qū)平面上橫放的“S”形條帶展布。

2）謝橋礦6煤層整體厚度展布特征與礦區(qū)頂板30m厚度內(nèi)砂泥比小于0.5的區(qū)域分布具有一致性，而與礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造線不一致。表明煤層整體厚度變化特征主要受到沉積作用的影響。此外，礦區(qū)內(nèi)中小型的高角度正斷層控制煤層局部的厚度變化規(guī)律，張剪或伸展性的斷層作用于煤層形成沿斷層走向的增厚或減薄帶。

參考文獻：

[1]何幼斌，羅進雄.中上揚子地區(qū)晚二疊世長興期巖相古地理[J].古地理學報，2010，05（12）：497-514.