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岩浆岩侵入高陂中井田19煤层的原因与对策

发布时间:2019-12-11  

 

陈桂成

(福建省永定永强小坑井煤矿有限责任公司,福建 永定 364100)

 

 要:针对高陂煤矿第一水平揭露19煤层在第9勘探线以北岩浆岩侵蚀严重现象,结合该矿地质构造情况,对其成因进行了分析并提出应对策略。石英斑岩沿F18断层带向上冲,顺F18断层下盘向上扩展形成了大片岩床,对19煤层起了相当大地破坏,减少了煤炭的可采储量,但对煤质的影响较小;预测岩浆岩侵入19煤层在+50 m水平以下基本消失。开拓第二水平各区段的巷道在近F18断层和19煤层及岩浆岩体等部位、岩石节理裂隙较发育、结构破碎、井巷揭露时易产生冒顶、垮邦等现象,应加强支护管理和防范措施,防止冒顶、垮邦;煤运巷应布置在与其相距3 m左右的不可采的19下煤层中,并通过每30 m左右短石门与19煤层进行联系。

关键词:岩浆岩;侵入断层通道;煤层不可采成因与对策

中图分类号:P618.11;P588.1       文献标识码:B       文章编号:1006-2572(2019)04-0000-00

 


高陂煤矿2004年5月建井,2007年7月投产,年设计生产能力为0.21 Mt,开采标高+339 m~-210 m。分三个水平斜井下山开采,其中,第一水平为+339 m~+150 m,设计一、二、三、四等4个采区;第二水平+150 m~±0 m,设计五、六、七等3个采区;第三水平±0 m以下,设计第八采区。斜井井口标高为+339 m水平,位于永定区坎市镇辖区内。高陂矿位于高陂煤矿区中井田内,矿区地质构造复杂,总体构造形态为向北仰起,轴面走向南东--北西的复式向斜,其两翼产状波状起伏,次一级褶曲极其发育。主要断层有F0F2F3F10F11F12F14等,矿区内小断层发育,并以正断层为主。

1  19煤层特征

1.1  岩浆岩侵入情况

高陂中井田内揭露的岩浆岩主要为辉绿岩,其矿物成份:辉石(50%±)、斜长石(30%±)、石英(3%±)。以岩墙、岩脉产出为主,少量中酸性喷出岩,主要沿F0F2断层侵入。零星出露于边缘及构造带附近,呈岩墙或岩脉状。岩性以石英斑岩及辉绿岩为主,其含水性一般较差,富水性弱。从小煤窑调查和钻孔揭露情况看,区内主要含煤段13~23煤层间很少有岩浆岩侵入,其对主要煤层影响不大[1]

1.2  井田含煤性

高陂中井田含煤地层为二叠系下统童子岩组第三段,总厚度455 m,含煤35层,煤层总厚度12.53 m,含煤系数3%,含可采煤层4层(由上至下分别为13、18、19、23煤层),可采煤层总厚度4.00 m,可采含煤系数0.9%;局部可采煤层1层(14煤层)。其中第三段的中亚段含煤性最好,所含15层煤层中有4层可采,1层局部可采,含煤系数为4%,可采含煤系数为3%。在3层局部可采煤层中,14煤层部分可采点相对集中,参与资源量估算[1]。各主要可采煤层厚度情况见表1。


1  高陂中井田各可采煤层厚度情况

煤层编号

间距

/m

厚度/m

可采率

变异原因

煤层

结构

 

稳定性

最小

最大

平均

见煤

点数

/个

可采

点数

/个

可采

/%

煤巷长度

/m

可采

长度

/m

可采率

/%

点数

/个

构造

原因

火成岩影响

沉积原因

变异

系数

13

58

0.21

2.37

1.04

27

22

81

261

217

83

5

5

/

/

0.19

简单

较稳定

18

0.09

1.74

0.93

25

19

76

310

267

86

6

6

/

/

0.24

简单

较稳定

22

19

0.10

6.72

1.12

25

20

80

180

117

65

5

4

1

/

0.21

较复杂

不稳定

32

23

0

2.71

0.91

24

20

83

175

109

62

6

6

/

/

0.25

简单

不稳定

 

注:14煤层全区见煤点数26个,可采点14个,可采率54%,但可采点能连成片,为不稳定型的第二种情况。


1.3  各主采煤层物理化学特征

2为各主采煤层物理化学特征。


2  各主采煤层物理化学特征

煤层

编号

灰份

(Ad%)

全硫

(St,d%)

(P,d%)

煤灰熔融性(ST℃)

发热量

(kJ/g)

平均煤厚/m

煤类

13

18.53(12)

中灰

0.24(12)

特低硫

0.081(12)

中磷

>1320(12)

高熔灰分

26.57(12)

中高

1.04

一号无烟煤

18

25.30(9)

富灰

1.24(9)

低硫

0.11(9)

中磷

1272(9)

高熔灰分

24.11(9)

中等

0.93

一号无烟煤

19

19.51(12)

中灰

1.45(12)

低硫

0.068(11)

中磷

1210(11)

低熔灰分

26.02(12)

中高

1.12

一号无烟煤

23

25.78(8)

富灰

0.67(8)

特低硫

0.082(8)

中磷

1257(7)

高熔灰分

24.31(8)

中等

0.91

一号无烟煤


1.4  19煤层主要特征

19煤层上距18煤层22.00 m,煤层结构较复杂,一般含1~3层夹矸,夹矸为砂质泥岩,呈透镜状,串珠状穿插于煤层中,当夹矸厚度较大时,对开采含造成一定的危害。粒状或条带状结构、块状构造,以亮煤为主,暗煤次之,属半亮型煤,最大厚度6.72 m(13-9孔),最小厚度0.10 m(13-13孔),平均厚度1.12 m。

该煤层厚度有如下变化规律:

1)19煤层可采区域多集中于向斜东翼,其余均为不可采点或被断层切割。

2)煤层厚度变化呈现突变的特点,如13-11钻孔煤厚为4.59 m,而相距429 m的13-13钻孔仅为0.10 m。

3)19煤层在煤硐揭露中形态呈藕节状、串珠状。

煤层顶底板均为砂质泥岩,产少量动物化石,黄铁矿结核呈似层状,串珠状分布于层面上,甚至分布于煤层中;底板为砂质泥岩,间接底板为石英细砂岩。19煤层靠近F2断层,常受挤压牵引,顶底板较破碎。建议在开采该煤层时,加强维护,防止冒顶事故的发生。

2  各区段揭露的19煤层情况

高陂煤矿第一水平(+339 m~+150 m)各区段实际揭露的19煤层情况:

2.1  第9勘探线以南

一采区+230 m区段、+190 m区段、+150 m区段等三个区段的石门和+150 m-19煤层南北运巷都未发现被岩浆岩侵入侵蚀或破坏,煤层赋存完整,煤层结构较复杂,局部含1-2层夹矸,夹矸为砂质泥岩,呈透镜状,串珠状穿插于煤层中,在+150 m区段19北运巷,夹矸厚度达0.6 m以上,给开采带来一定危害,见图1。

 

1  +150 m一采区19煤层情况

2.2  第9勘探线以北

二采区+266 m区段、+190 m区段、+150 m区段等三个区段的石门和+230 m区段的19煤层巷道揭露,都发现石英斑岩侵入,对19煤层造成相当大的破坏。煤层很大部分为石英斑岩所代替,减少了煤炭的可采储量,但对煤质的影响较小。由于原地质报告没有勘查到此块段,主采19煤层侵入岩浆岩体的分布范围及其产状和形态不清,造成采区+266 m区段19运巷的报废,见图2。

石英斑岩侵入体的产状和形态:二采区石英斑岩侵入19煤层顺层呈整合侵入的岩浆岩体即形成岩床。其侵入体形态以及岩体界线极不规则,有时密集出现,沿19煤层层理面分布延伸,呈串珠状。图2中二采区+266 m-19煤层运巷素描图。

岩浆侵入体为石英斑岩,属酸性喷出岩(一种具有流纹岩成分的隐晶质岩石,斑晶以石英为主,含有少量透长石或正长石及黑云母,基质为隐晶质),熔化温度低,对煤质的影响较小。

 

2  二采区19煤层被岩浆岩侵入情况

3  石英斑岩侵入19煤层的原因

根据石英斑岩侵入19煤层的活动特征,结合理论和经验总结,地下岩浆向上活动首先要有上冲的通道,其次就是要有利于活动的侵入层位。

1)根据各区段主采煤层即13、18、19、23煤层的巷道资料分析,石英斑岩上冲19煤层的通道为F18正断层(该断层原地质报告未体现)。F18正断层位于第9勘探线与第8勘探线之间切割所有主采煤层。断层走向为断层倾角50°58°变化,断层倾向140°160°之间,断距60 m左右。断层面较粗糙,断层带宽在200~350 mm之间,构造角砾岩尚未完全胶结,较松散、棱角分明。

2)岩浆侵入煤层形成岩床,具有选择层位的特点。一般选择煤层热熔点低,化学稳定性差,受热易被溶蚀的区段,特别易侵入到较厚煤层中。根据地质报告提供的各主采煤层化学特征(见表2)和19煤层揭露点的情况,19煤层在4层主采煤层中煤厚最大,结构较复杂,热熔点最低,化学稳性性差。因此,19煤层首当其冲为最佳选择侵入点。

3)岩浆岩侵入煤层顺煤层具有向上扩散的特点。高陂煤矿F18断层为石英斑岩活动的通道(见图3),石英斑岩沿F18正断层带向上冲,顺F18断层下盘,即第9勘探线以北19煤层扩展形成了大片岩床。

 

3  石英斑岩沿F18断层侵入

4  石英斑岩侵入19煤层范围预测

4是石英斑岩沿F18断层侵入预测范围。

4  石英斑岩沿F18断层侵入范围预测

根据已掌握的岩浆岩侵入的通道为F18断层,并已查明F18断层的各要素,结合二水平+110 m区段和+60 m区段所揭露的19煤层被岩浆岩侵入破坏程度综合分析,预测F18断层向下延伸到+50 m标高左右,即岩浆岩侵入的通道消失。+110 m、+60 m石门所揭露19煤层石英斑岩破坏程度较轻,煤厚较薄,与第一水平岩浆岩侵入比较,石英斑岩出现较少,局部块段成为可采,因此,预测高陂煤矿岩浆岩侵入19煤层在+50 m水平以下基本消失。

5  今后生产工作建议

首先,地质工作者应加强对煤的物理化学性质变化进行观察,有必要进行各区段煤质化验,再加以结合利用各区段见19煤层的挥发分数值变化,综合预测侵入体的变化和未开拓块段的煤层变化及侵入体的分布。同时,结合将来开拓第二水平(+150 m~±0 m)各区段的巷道在靠近F18断层和19煤层及岩浆岩体等部位,其煤层岩石节理裂隙较发育、结构破碎,井巷揭露时易产生冒顶、垮邦,应加强这些部位的支护管理工作,并严密监视危险地段,及时采取防范措施,以防止冒顶、垮邦等事故的发生,确保安全生产。

其次,针对19煤层为急倾斜煤层,且结构复杂,顶底板岩性差等因素,建议煤运巷应布置在与其相距3 m左右的不可采的19煤层中,并通过每30 m左右短石门与19煤层进行联系。

 


 

 

 

 

 

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