陈 萍 殷广标

(安徽理工大学地球与环境学院，安徽省淮南市，232001)

淮南阜凤逆冲推覆构造对煤层厚度及稳定性的影响

陈 萍 殷广标

(安徽理工大学地球与环境学院，安徽省淮南市，232001)

以淮南煤田新集煤矿井田13－1#煤层为研究对象，探讨大型推覆构造对煤层厚度及稳定性的影响。据对98个钻孔资料的统计分析，揭示了该井田推覆体内和原地系统内13－1#煤层厚度变化较大，其变异系数达到34%和30%，超过邻近的未受大型推覆构造影响的张集井田以及淮南其他井田该煤层厚度的变异系数。

推覆构造 煤层厚度 煤层稳定性

煤层厚度受沉积环境和地质构造的双重因素控制。区域变化主要受沉积环境控制，构造主要引起煤层厚度的局部变化。近来人们更多侧重于研究各种褶皱构造和断裂构造对煤层厚度的影响，但是，至今尚未见研究大型推覆构造对煤层厚度影响的报道。淮南煤田新集煤矿是勘查与开采大型推覆体掩盖下煤层取得成功的典范。本文将以新集井田13－1#煤层为对象，探讨大型推覆构造对煤层厚度及其稳定性影响。

1 研究区地质构造

淮南煤田位于华北板块南缘。构造形式为近东西向的对冲构造盆地，盆地南北两侧均为推覆构造构成的叠瓦扇;其内部则为较简单的复向斜构造，轴向为北西西向，枢纽向东倾斜。如图1所示，新集井田位于淮南复向斜南部谢桥向斜的中段南翼，颖凤阜凤推覆构造的中段，井田构造线方向呈北西西向展布，呈一向北倾斜的单斜断块构造，属谢桥向斜的南翼;谢桥向斜的轴部位于井田北部边界附近，北与张集井田相邻。井田内总体构造形态是阜凤逆冲断层将外来系统 (推覆体)由南向北推覆在原地系统 (含煤地层)之上。由于受由南向北强大的压应力影响，形成了以阜凤逆冲断层为主体的上迭式大型推覆构造。

2 新集井田13－1#煤层稳定性评价

据对新集井田98个钻孔资料的统计，91个钻孔见原地系统内13－1#煤层，其中21个钻孔见推覆体内13－1#煤层;另外7个钻孔的13－1#煤层因断层通过而缺失。煤层真厚度情况见表1。

为了探讨新集井田推覆构造对13－1#煤层厚度及稳定性的影响，作为对照，统计了相邻张集井田13－1#煤层的厚度资料。张集井田位于新集井田北侧谢桥向斜北翼，新集井田位于谢桥向斜南翼，阜凤逆冲断层将外来系统 (推覆体)由南向北推覆，没有越过向斜轴影响张集井田。

图1 新集井田构造纲要图

表1 新集井田13－1#煤层真厚度

关于煤层稳定性的评价，有些研究者提出以下评价方法:

(1)利用趋势面分析揭示井田尺度煤厚变化的主体特征，再采用方向梯度和滑动窗口变异系数作为煤厚变异性定量描述的参数。

(2)煤层稳定性评价信息系统。

(3)煤层稳定性的灰色评价方法。

(4)基于遗传算法和人工神经网络的煤层厚度预测。

这些评价煤层稳定性的方法虽有其优越性，但尚未被推广应用。至今全国各煤矿仍采用前煤炭工业部制定的《矿井地质规程》第7条规定，利用煤层可采性指数和煤层变异系数评定煤层稳定性，薄煤层以可采指数 (K m)为主，煤厚变异系数(γ)为辅;中厚及中厚以上的煤层以煤厚变异系数为主，可采指数为辅。由表1可知，新集、张集两井田13－1#煤层属于中厚煤层，其评价指标见表2。式

表2 中厚煤层稳定性评价指标

中:K m——煤层的可采性指数;

n——井田内参与煤厚评价的钻孔总数，个;

n'——揭露煤厚大于或等于可采厚度的钻孔数，个。

计算煤层厚度变异系数公式:

计算煤层的可采性指数公式:式

中:γ——煤层厚度变异系数;

H——井田内揭露煤层真厚度，m;

¯H——揭露煤层平均煤厚，m;

n——井田内揭露煤层钻孔总数，个;

S——标准差。

此方法简单易行，分别计算了新集井田推覆体和原地系统以及张集井田13－1#煤层的可采性指数和变异系数，评价结果见表3。

表3 新集井田和张集井田13－1#煤层稳定性评定

3 影响煤层厚度变化的因素分析

为揭示新集井田13－1#煤层厚度变化大、稳定性差的地质因素，现据已有资料和前人的相关研究成果，提出以下认识。

(1)沉积环境没有对新集井田13－1#煤层厚度变化产生影响。

淮南煤田上石盒子组第四含煤段的沉积条件有利于煤层沉积，形成了厚度较大而且分布稳定的13－1#煤层。值得讨论的是在新集井田是不是存在如刘衡秋等所指出的“靠近煤层的砂体对煤层厚度也可能产生影响。”

据钻孔资料显示在13－1#煤层底板未见砂体，煤层之下不到8 m处普遍发育有平均厚度近1 m的13－1#下煤层，其间为泥岩和炭质泥岩;13－1#下煤层的底板也为泥岩和砂质泥岩。这表明在新集井田范围内13－1#煤层的沉积基底是稳定的，没有砂体影响煤层沉积。

13－1#煤层顶板岩性以泥岩为主，仅有15个钻孔见有砂岩，见表4，但是顶板砂岩覆盖下的煤层厚度仍然比较厚，其中11个钻孔的煤层厚度超过5 m，另4个钻孔的煤层厚度也达3.85～4.58 m。由此可见，新集井田13－1#煤层没有被顶板砂岩明显冲刷而变薄的迹象。

由此可见，在新集井田刘衡秋等所指的砂体对煤层厚度产生影响的情况没有显现。

表4 原地系统13－1#煤层直接顶板岩性及厚度

(2)由大型推覆构造产生的层滑构造是影响煤层厚度变化大、稳定性差的主要地质因素。

层滑构造对煤层厚度的影响早已受到煤炭地质界的重视。1988年，《论煤层流变》一文明确指出“煤层流变引起的煤厚变化，一种是滑移而造成的韧性流变，另一种是由煤的碎裂流动所造成的脆性流变，介于两者之间的是韧脆性流变”。近20年内，研究煤层后期变化的文献几乎都提到层滑构造是造成煤层厚度变化的重要因素。例如:1997年提出徐州陈楼煤矿九煤层厚度变化是层间滑动构造作用伴生的地质现象;1998年论证超化井田煤层厚度的后期变化实质上是在构造应力作用下煤层流变的结果;2002年解释了淮北海孜煤矿的层滑构造是地层沉积后引起煤层呈北东向展布且急剧增厚变薄的根本原因。

新集井田的层滑构造较为发育与大型推覆构造有关。徐德成于2003年以新集井田为对象，归纳出在大型特厚推覆构造作用下煤层构造的主要构造形态和特征，煤层层滑构造是其中之一;并指出“煤、岩层中受顺层应力的作用，沿煤层层理或近似层理的方向发生位移变形至断裂的现象，是井田内更次一级构造形迹，主要有层滑褶皱和层滑断层两种形式”。这两种形式特别是层滑褶皱必定造成煤层增厚或变薄。阜凤逆冲断层面是井田滑动构造体系中的主滑动面。受主滑面的影响，13#煤层中也形成了与主滑面有成生联系 (成生联系:同一方式地壳运动所产生的地质构造在空间展布、发生发展和力学机制等方面的内在联系)的次级滑面。通过井下实际观测，13#煤层中至少发育有3个次级滑面，分别位于13－1#煤层顶、13－1#下煤层底，以及13－1#煤层与13－1#下煤层之间。次级滑面在煤层中多表现为切层—顺层式滑动断层面，根据井下揭露情况次级滑面可归纳为切层—顺层式、顺层式、切层—顺层式—切层式和切层—上迭式4种形式。13#煤层是厚煤层，其本身存在多个滑面，是滑动构造发育的有利地带。在剪应力和重力作用下，13#煤层与较硬的顶底板发生不协调剪性扭动，进而切层或顺层滑动，经过多次的应力积累、滑变、释放、再积累、再滑变、再释放的递进演化和波浪式传递，形成了这样复杂多变的滑动构造现象。

大型推覆体内部构造复杂，岩石多受挤压变形，破碎滑面发育，并伴有一系列小型褶皱及逆冲断层，因此推覆体内部煤层厚度变化较大，13－1#煤层的变异系数高达34%。阜凤逆冲断层面是井田滑动构造体系中的主滑动面，在其影响下原地系统内13煤层中发育有3个次级滑面;显然这两级滑动构造对煤层厚度必定产生重大影响，主滑动面引起的辗压褶皱，以及4种形式的次级滑面引起的层滑褶皱与层滑断层是煤层变异系数增大的直接地质因素，以致原地系统内13－1#煤层变异系数达到30%，超过未受到大型推覆构造影响的张集井田的24%。在淮南煤田各井田内如此高的变异系数也属罕见。层滑褶皱直接造成13－1#煤层在走向和倾向上都常出现波状起伏，煤层厚薄悬殊，呈节状分布。层滑断层又直接造成煤层断裂。98个勘探钻孔中就有7个钻孔内的13－1#煤层全部断缺。在煤矿井下生产阶段揭露的小断层数以百计。新集煤矿矿井地质报告指出:“复杂的小构造不仅破坏了煤层的原有形态，使煤层的稳定程度降低，还使煤质变差，导致在采掘过程中增加无效进尺等，制约了煤矿产量和经济效益。”

此外，层滑构造不仅造成煤层厚度变化，煤层的结构也受到改造成为构造煤，这已经是人们的共识。据新集煤矿井下观察，13－1#煤层内构造煤十分发育。又对65个钻孔测井曲线的解释，只有零星分布的4个钻孔13－1#煤层内未见构造煤。与之对照，张集井田13－1#煤层构造煤发育程度较差，只有51.8%的面积里发育有构造煤。而新集井田13－1#煤层内构造煤普遍发育，反映了煤层受到过大型推覆构造引发的层滑构造严重改造。

4 结论

据对新集井田钻孔资料的统计，揭示了新集井田13－1#煤层厚度及其稳定性的主要特征是新集井田推覆体内和原地系统内煤层厚度变化都比较大，变异系数达到34%和30%，邻近的未受大型推覆构造影响的张集井田该煤层厚度的变异系数只有24%，淮南其他井田13－1#煤层厚度变异系数一般都小于25%。大型推覆构造引发的层滑构造是煤层厚度变化的主因。层滑构造还破坏煤层结构构造，形成具有瓦斯突出危险性的构造煤。煤层厚度变异系数大和煤层内构造煤普遍发育都不利于煤矿安全高效生产。

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Impact of thrust nappe structure on coal seam thickness and its stability in Fufeng of Huainan

Chen Ping，Yin Guangbiao
(School of Earth＆ Environment，Anhui University of Science＆ Technology，Huainan，Anhui232001，China)

Taking the coal seam of No.13－1#well in Xinji Coal Mine of Huainan coal field as the study object，the paper explores the impactof large nappe structure on coal seam thickness and its stability.The statistics on 98 boreholes data reveals that the thickness of coal seam No.13－1#changes greatly in the nappe body and autochthonous system，and the variation coefficients reach 34%and 30%，which surpass that of the nearby ZhangJimine field not affected by the large nappe，and othermine fields of Huainan.

nappe structure，coal seam thickness，coal seam stability

P618.11

A

陈萍 (1958－)，女，博士，教授，硕士生导师，现从事煤地质学方面的研究工作。

(责任编辑 张毅玲)