浅谈煤层冲刷带特征及预测研究

煤层冲刷带，即水流（河流、湖流、海水）冲蚀并携带走煤层（泥炭层）， 冲蚀的空间被随之而来的非煤物质（主要是砂岩或砂砾岩）充填而形成的 沉积体，是以冲积流和湖流为主要水动力条件的湖盆地中十分发育的沉 积地质现象，是引起煤层厚度、形态变化的主要原因之一。冲刷带砂体 的存在给矿区规划、矿井设计、开采方式、采掘工艺和采煤效益带来直 接影响。本文通过对煤层冲刷带特征研究和预测，对于合理安排矿井采 掘工程部署、提高采煤效率、减少开采中的煤质污染具有十分重要的意 义。一. 概况1. 自然地理：我矿属吕梁山脉的西北端，山河交错，沟壑纵横，山川层叠，侵蚀冲刷 剧烈，地势总体为南北高中部低，海拔1254.0m，最低点位于井田中东部 的岚漪河谷地，海拔924.0m，最大相对高差330.0m，区内大面积为第三、 四系松散层所覆盖。本区属温带大陆性季风气候，四季分明，昼夜温差 大。冬季漫长寒冷少雪，春旱风大升温较快，夏季短暂炎热多雨，秋季 凉爽天气晴朗。2. 环境地质：本区属河东煤田的一部分，位于河东煤田北部远景区的中北部，矿区位 于吕梁隆起北部之西翼，与鄂尔多斯盆地东部边缘的交接部位，地势总 体东高西低，属剥蚀构造低山丘陵地型，区内地形切割较深，风化剥蚀 较为强烈，植被不发育，水土流失严重，滑坡、崩塌等不良工程地质现 象常见。区内构造简单，总体上为一走向近南北，倾向西的单斜构造。 地层倾角小于15，一般为912，井田内没有岩浆岩侵入，地表和钻探过程中也未发现断裂构造和陷落柱，仅在井田东南部发现有宽缓状 小褶曲，地表常见滑坡现象。3. 水文地质：本区位于鄂尔多斯盆地东缘，地层总体由东向西倾斜，呈单斜构造，岩 层倾角516。从东到西出露地层有前寒武系变质岩，寒武系、奥陶 系碳酸盐岩，石炭系、二叠系、三叠系砂岩、石灰岩、泥岩以及新生界 上第三系红粘土和第四系冲洪积物。以地貌形态和成因类型可划分为剥 蚀构造变质岩中山地形，剥蚀、溶蚀灰岩中低山地形，构造剥蚀低山丘 陵地形和侵蚀堆积河流谷地四个地貌形态。由于地层呈单斜构造，河流 由东向西切穿井田所有地层，但是因为与河床接触的煤系基岩地层大多 是隔水性能较好的泥岩、砂岩，渗透性也很小。二. 冲刷带砂体分析1. 岩性特征：岩性为中粗粒长石石英砂岩。呈灰白色灰色，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，外来碎屑有变质岩和碳酸盐岩岩屑。次圆一圆状，大者1mm， 小者0.4mm，含量约75%。基质为粉砂质，钙质胶结。为河床沉积产物。2. 形态：单个砂体在平面上呈带状，断面形态为上平下凹的半透镜状，厚 0.8 2.1m，宽度从0.7116m不等。3. 接触关系：冲刷带砂体与煤层之间界线分明，底部有一个清晰平坦的冲刷面，接近 冲刷带尖灭部位与煤层呈犬牙交错关系。4. 纵向趋势: 根据同一砂体在相邻巷道中的赋存位置和砂体宽度、形态变化趋势，冲 刷带砂体的规模有从北东东向南西西方向逐渐变小趋势。三. 层冲刷带预测1.沉积体系分析：煤层冲刷带砂体的预测是通过对该段沉积体系的空间配置、沉积体系内 部各成因相组合类型、古流方向等盆地沉积学研究，查阅和整理详查报 告中与之有关的地质资料，结合大巷掘进中对冲刷带观测素描基础上进 行的。通过对各矿井地表出露的岩石组合考察，结合钻孔和井下资料分析，将 划分一个完整的三级层序。在三级层序中，按沉积体系垂向序列变化和 聚煤作用的周期性差异分为三个岩性段，各自相当于一个成因地层单元. 其中，我矿煤层位于顶部，属于第二成因地层单元湖泊三角洲沉积体系 的构成部分。第二成因地层单元由以下几个成因相组合而成：前缘成 因相组合。垂向上，矿井前缘沉积总体呈现向上变粗的序列，即由前缘 的远端部分过渡为近端部分，构成一个完整的进积型沉积序列。该成因 相组合中有分流河口砂坝和水下分流河道沉积。分流河口砂坝沉积由席 状展布的细砂岩与粉砂岩互层为特征，反映了河口一带水动力条件的频 繁变化。砂体底冲刷面清楚，内部发育流水波痕纹理，偶见浪成波痕纹 理，为牵引流沉积。在分流河口最近端，即紧邻三角洲平原沼泽部位， 河口砂坝沉积物呈透镜状，与沼泽泥炭沉积呈指状交互关系；在中段和 远端表现出良好的席状形态，含砂量减少，泥质沉积物所占比例增加。 水下分流河道砂体呈透镜状，夹于分流河口坝沉积中，下部发育槽状和 板状交错层理，向上变为流水波痕纹理和复合层理，具有清晰的底冲刷 面；平原成因相构成。分流河道砂体在断面上呈透镜状，宽度一般小 于28m,最多不超过40 m,底界面为清楚的侵蚀冲刷面，切割深度最大 为38cm，对下伏煤层有冲刷作用，河道砂体内部发育平行层理和小型流 水波纹层理。与前缘水下分流河道砂体相比较，砂体中泥质杂基含量较 低，粒度相对粗，孔隙度高，富水性强。结合伊盟隆起延安期沉积古地 理和延安组砂岩成分与结构成熟度，古流携带的碎屑物主要来自于北部 山区；平原湖泊与沼泽沉积。当出现广阔的薄煤层时标志着全面废弃 阶段的开始，厚而稳定的煤层相继出现意味着彻底废弃。2.冲刷带预测：沉积体系分析表明，煤层形成于湖泊沉积单元顶部平原泥炭沼泽环境， 来自北部山区的同期分流河道砂体在平原环境中较为发育，对泥炭层（煤 层）的冲蚀作用较强烈。对冲刷带进行成因相分析后，编制煤层顶（底）板 砂体等厚图来预测冲刷带是简便可行的方法。砂体等厚图上砂体等厚线 的形态、位置直观反映了冲刷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高值区内，且平行于等厚线的长 轴方向，尽管并非全部。本报告根据井下观察和对钻孔中煤层结构的全 面剖析，结合沉积体系分析，砂体在空间上彼此分隔，长轴方向以近东 西向为主，北东向和北西向兼而有之。其中，东北部冲刷带砂体已被首 采区大巷揭露所证实，西北方向的1处是前缘水下分流河道前缘跺状砂 体，最大厚度25.03 m，具有较开阔的冲蚀范围，虽然可能对煤层的切 割深度不是很大，但冲蚀量不可忽视。冲刷带砂体主要是煤层沉积后期 的冲刷带，范围狭窄，对煤层的冲蚀力较强，在狭长范围内有较深的冲 蚀空间，应在生产中引起注意。山西西山晋兴能源有限公司斜沟煤矿 尹 皿垂 晋平