毕业论文-岩浆侵入对煤层的影响分析——以卧龙湖煤矿为例.doc

编号2012441150毕 业 论 文（ 2016 届本科） 论文题目： 岩浆侵入对煤层的影响分析 以卧龙湖煤矿为例 学 院： 能源工程学院 专 业： 采矿工程 班 级： 2012级采矿工程班 作者姓名： 指导教师： 职称： 助 教 完成日期： 2016 年 6 月 1 日陇东学院本科生毕业论文诚信声明本人郑重声明：所提交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下取得的成果。毕业论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标出，毕业论文中的结论和结果为本人独立完成。有关教师、同学和其他人员对完成本毕业论文提出过并为我在论文中采纳的意见、建议，均已在文中做了明确的说明并表示感谢。如本人的毕业论文涉及抄袭或剽窃等行为，本人愿承担由此而造成的一切后果及责任。 毕业论文作者： 指导老师： 年 月 日 岩浆侵入对煤层的影响分析以卧龙湖煤矿为例张光中（陇东学院能源工程学院采矿工程专业，甘肃庆阳745000）摘要 岩浆侵入对煤矿生产影响极大，淮北煤田卧龙湖煤矿是受岩浆侵入较严重的矿井之一，卧龙湖煤矿自侏罗纪以来岩浆活动剧烈，发生了岩浆的侵入，多以岩床形式顺层侵入煤层顶底板及煤层中间。岩浆侵入煤层能使煤层结构发生剧烈变化，破坏连续性和完整性；煤变质还能使煤的灰分增高，煤质变差，降低工业利用价值；岩浆侵蚀煤层可使煤层厚度变薄，分布不均，还会使瓦斯赋存量发生变化。因此，需要探明岩浆侵入煤层后的影响和破坏程度，基本能准确的预测岩浆分布情况，对矿井的生产具有重要的实际意义。本论文主要研究了岩浆侵入卧龙湖煤矿对煤层厚度、煤质、煤层结构以及瓦斯赋存的影响。研究表明，卧龙湖矿岩浆侵入程度严重，破坏了煤层的原生结构，使煤层结构变得复杂；煤层厚度出现局部变厚，局部变薄的情况，煤层离岩浆侵入体越远，煤层厚度越厚；煤的变质程度随着煤层距岩浆体距离的增加逐渐减小；而瓦斯赋存情况不具有规律性。关键词：岩浆侵入；煤质；煤厚；瓦斯；卧龙湖Magmatic Intrusion to Coal Seam Effect Analysis - A Case Study of WolongHu Coal Minezhangguangzhong(Longdong college energy engineering, mining engineering, qingyang, gansu province, 745000)AbstractMagmatic intrusion has great effect on production of coal mine, Huaibei coalfield of Wolonghu coal mine is one of the most serious mine affected by magmatic intrusion, severe Wolonghu coal mine since the Jurassic magmatism occurred magmatic intrusion by sill bedding intrusion and middle floor coal seam roof. Coal seam structure magma can make dramatic changes. Destroy the continuity and integrity; coal metamorphism can make coal ash increased, coal quality variation, reduce industrial utilization value; magmatic erosion can make the thickness of coal seam, the uneven distribution of the stock changes will make the gas occurrence. Therefore, by means of advanced technology to explore coal after magma intrusion and destruction the basic level, can predict the magma distribution accurately, has important practical significance for mine production. The magmatic intrusion in Wolonghu on coal mine coal thickness, coal, coal Layer structure and gas occurrence influence research, indicated through the research that, Wolonghu ore magma intrusion severity, destruction of the native structure of coal, the coal structure becomes complicated; coal seam thickness with local variable thickness, the local variable thin coal seam from the magma intrusive body more far, the thicker the thickness of coal seam; metamorphic degree of coal with coal from the distance of the magma body decreases gradually with the increase; and the gas occurrence does not have regularity.Key words:Magmatic intrusion; coal quality; coal thickness; gas; Wolonghu目 录1 绪论11.1 研究背景和意义11.2 国内外研究现状11.3 研究内容和方法21.3.1 研究内容21.3.2 研究方法21.4 论文工作概况32 矿区地质概况42.1 区域地质概况42.1.1 区域地层42.1.2 区域构造52.2 矿区地质概况52.2.1 矿区地层52.2.2 矿区构造62.2.3 煤岩及煤质特征72.3 岩浆侵入规律82.3.1 区域构造演化与岩浆侵入活动82.3.2 岩浆侵入年代92.3.3 岩浆侵入通道与侵入方向92.3.4 岩浆选层侵入特征122.3.5 岩浆侵入影响因素分析123 岩浆侵入对煤层的影响143.1 岩浆侵入对煤层结构的影响143.2 岩浆侵入对煤层厚度的影响163.3 岩浆侵入对煤质的影响193.4 岩浆侵入对煤层瓦斯赋存的影响253.5 岩浆侵入对煤层影响程度分析263.5.1 煤焦比指标计算方法263.5.2 煤焦比指标划分273.5.3 煤焦比的岩浆侵入对各主煤层的影响程度274 结论294.1 主要结论294.2 建议29参考文献致谢I陇东学院本科生毕业生设计（论文）1 绪论1.1 研究背景和意义我国煤炭资源丰富，煤炭资源总量和产量均居世界的前列。而煤炭现在仍是我国能源结构中的主要能源，在经济建设中扮演着重要的角色。煤炭资源的开发与地质构造有着密不可分的诸多关联。而岩浆侵入煤层是在矿井生产之中一种常见的地质构造现象，而岩浆侵入煤层会对煤层产生较大的影响。主要表现在对煤层厚度的影响，减少了煤炭的储量，破坏了煤层的完整性；对煤质的影响，使煤的灰分增高，煤质变差，甚至变成天然焦，降低了煤的工业价值；对煤层的连续性的影响和对煤层瓦斯赋存的影响，直接影响开采难度；同时，侵入煤层的岩浆岩硬度大，影响掘进工程的进行，增加成本。而这些对煤层的影响会增加矿井的开采难度，以及煤质的变化、煤量的减少和煤厚的稳定性，从而严重影响矿井的安全高效生产。卧龙湖煤矿位于安徽省濉溪县铁佛、岳集境内，位于淮北煤田的西北部，主要可采煤层为6、7、8、10煤层，且主采煤层均受岩浆侵入严重，因此，进行井田岩浆侵入特征及其对煤层的影响研究，对在岩浆侵入区寻找煤炭资源，合理部署生产巷道，避免盲目的开采，以及提高矿井的经济效益和安全生产具有重要的理论和实际意义。1.2 国内外研究现状在岩浆侵入对煤层的影响研究领域，多国学者对其进行了研究。在国外，例如Sachsenhofer 等人分析了构造对岩浆侵入俄罗斯顿巴斯煤田的影响1；Golab 分析了澳大利亚上猎人矿区岩浆侵入对煤变质的影响2；Stewart 等人研究了构造对岩浆侵入美国斯普林菲尔德煤田煤质分区的控制作用3；Ashok 等人分析了岩浆侵入对印度煤田的煤变质作用；Murchison等人对苏格兰米德兰瓦煤田的岩浆活动进行了研究4；Petmecky等人分析了岩浆侵入对德国萨克森煤田的控制作用5。多数研究者分析了岩浆侵入煤层时对煤质、煤层结构的影响，对于煤层厚度及瓦斯赋存的研究较少。在国内，杨起院士从宏观角度分析了区域岩浆活动对中国的煤变质作用6。提出了“中国煤的多热源叠加变质”的观点，并提出区域岩浆热变质是中国另一类型的煤变质作用。1996年提出了中国煤变质具有多阶段演化与多热源叠加变质特点7。其中在以岩浆为热源的煤变质作用中主要有两种情况，一方面是岩浆直接侵入煤层，形成岩墙、岩脉、岩床等浅成岩体。岩浆及其挥发性气体的高温促使煤发生变质作用，但一般侵入岩浆规模小，冷却快，影响煤的范围有限；另一方面是在煤盆地中发育了强烈的岩浆活动，以酸性为主的岩浆成岩后形成花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩。丁立峰通过对岩浆岩侵入规律的深入研究，成功预测井田岩床的分布范围和面积对区域找煤有一定的指导作用8。王恩营研究了岩浆岩厚度变化及其侵入的方向性对煤层赋存的控制作用，发现矿区找煤的重要靶区9。近半个世纪以来，另外有其他学者研究了岩浆侵入对煤层、煤质、煤层厚度的影响，张克涛利用瓦斯涌出量变异系数预测煤矿瓦斯涌出规律，同时提出用煤层厚度变异系数可以评价该煤层的稳定程度，确定勘探类型。岩浆侵入能使煤层厚度变薄，煤层结构变复杂，可采性降低，还能使煤质变差，甚至变为天然焦，降低经济效益和利用价值。对于卧龙湖矿的研究，许多学者研究了岩浆侵入煤层的构造控制，偏重于研究区构造与煤层对岩浆活动的控制和导向作用；还有学者研究了岩浆的侵入特征和控制因素，以岩浆侵入井田煤系建造的规律分析为目标，从构造逐级控制的角度加以分析。1.3 研究内容和方法1.3.1 研究内容本文主要研究岩浆侵入煤层后对煤厚、煤质、煤层结构以及瓦斯赋存的影响。淮北卧龙湖煤矿受岩浆侵入的煤层侵蚀较为严重，对煤层的煤厚、煤质、煤层结构和瓦斯赋存都有着较大的影响。(1)对煤层厚度的影响，岩浆侵入能使煤层厚度变薄，煤层结构变复杂，可采性降低。(2)对煤质的影响，岩浆侵入能使煤质变差，灰分增高，挥发分减小，发热量降低，甚至变为天然焦。(3)对煤层结构的影响，岩浆侵入破坏煤层连续性、完整性，对煤层可采性以及煤层间距也有影响。(4)对瓦斯赋存的影响，对瓦斯影响不规律，容易形成瓦斯突出，对矿井安全生产产生严重威胁。1.3.2 研究方法通过对煤矿的区域地质构造和矿区地质构造以及对有关资料的分析，统计数据，利用对不同煤层的数据进行对比的方法，从而总结出岩浆侵入煤层后对煤层各个方面的影响规律。1.4 论文工作概况(1)首先收集卧龙湖煤矿区域地质和矿区地质资料以及岩浆活动资料，总结研究矿区内岩浆岩的地质特征以及岩浆侵入程度，确定矿区主采煤层的岩浆侵入情况及煤层可采性，各主采煤层与岩浆体之间的侵入关系。(2)分析煤层遭受岩浆侵入后，各主采煤层的结构、煤质、煤层厚度特点和侵入后对煤层产生的影响，预测各个影响的变化规律。(3)根据收集到的资料编写论文。2 矿区地质概况2.1 区域地质概况2.1.1 区域地层淮北地区位于华北板块东南部，区域内的地层有石炭系太原组、二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组以及新近系和第四系。此区域内由于印支燕山四川造山期多个阶段不同区域构造应力场叠加作用的结果。使区域内形成褶皱与断裂带。褶皱总体上呈NNE-SN向，在背斜构造中，背斜核部一般是寒武系、奥陶系，两翼为石炭系、二叠系，向斜正好相反。背斜两翼地层产状往往受NNE-近SN向大断裂的影响而变陡。对于向斜而言，一般东翼倾角大，西翼相对较平缓。卧龙湖区煤矿岩浆岩是晚侏罗纪白垩纪燕山运动晚期的岩浆活动的产物。区域内地层隶属华北地层大区、淮河地层分区中的淮北小区，按地层时代，由老至新为上元古界、古生界、新生界。（1）上元古界，境内缺失中、下元古界，仅有上元古界，震旦系下统徐淮群的九里桥组及四顶山组，其形成距今约8亿年，是境内最古老的地层，出露于濉溪县东北部的馒顶山至老龙脊一带。岩性以砂质、泥质灰岩、灰质白云岩、白云岩为主。（2）古生界，据出露的地层及钻探资料证实，境内古生代地层除铁失泥盆系、志留系、奥陶系上统石类系下统外，其余地层均存在。由老至新分别为寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系。除寒武系与下优震旦系为超覆平行不整合接触，奥陶系与上覆的石炭系。下伏寒武系为假整合接触外，其余各组、段均系连续沉积。二叠系分为下统和上统。下统是境内主要含煤地层，岩性主要为砂岩、粉砂岩、泥岩互层，盛产植物化石，主要隐伏分布于平原地区，仅在烈山至青龙山的西坡部分出露。上、下分为下石盒子组，山西组两个组。下部山西组厚120米左右，煤厚而稳定，分布甚广，为该区主要可采煤组。上部下石盒子组100米左右，含煤层稳定，厚度大，煤质好、低硫，为境内主要可采煤组。（3）新生界，新生界的下第三系，岩性为砖红色和浅灰色砾岩、砂岩、砂质页岩、泥岩，局部夹薄层石膏，呈不整合覆于下伏地层之上，厚度变化较大，为138349米，地表无出露。上第三系至第四系，岩性以砾石、亚粘土、亚砂土为主，呈不整合覆于下伏地层之上。厚度变化较大，境内的东北部较薄，西南部较厚，最大厚度约500米。广泛分布于境内的平原地区。2.1.2 区域构造淮北地区区域地理概况包括气候、地势、河流、与矿产资源。淮北煤田处于北温带，属北方型大陆性气候与湿润气候之间的季风气候，气候温和，夏季炎热多雨，年平均降水量830毫米。淮北地区地势由西北向东南倾斜，海拔在15-40米之间，坡降为万分之十一。地貌以平原为主，平原面积占土地总面积的95.3%。地表水系发育，濉河流经西南缘，其支流主要有颖河、闸河，自西北流向东南，最后注入濉河，其流量受季节控制。矿产资源丰富，已探明的储量达67亿吨，煤种较多，以气煤、肥煤、焦煤为主。卧龙湖煤矿位于淮北煤田西北部，淮北煤田处于华北板块东南部，在地质构造的演化过程中，淮北煤田不仅受到华北板块的控制，而且还受到大别山-郯庐-苏鲁造山带的影响10。其构造为徐宿弧形构造（见图1）11，构造线由北东-北北东-北西，弧形构造由一系列弧形褶皱和断裂组成，地貌上山脉走向与构造线方向基本一致。图 1 淮北煤田区域构造图井田内岩浆普遍发育，岩浆岩种类复杂，以中性闪长岩类为主，另外还有基性辉长岩类，并以顺层侵入方式为主侵入4号主采煤层。淮北煤田的岩浆侵入现象从整体上看并不广泛，但是各个矿区的岩浆侵入的程度又并不相同，有些不明显，有些较为严重。2.2 矿区地质概况2.2.1 矿区地层矿井内钻孔揭露的地层有石炭系太原组、二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组以及新近系和第四系。煤系地层为石炭系和二叠系，石炭系无可采煤层，二叠系含可采煤层。二叠系含煤地层自上而下分为山西组、下石盒子组及上石盒子组，山西组含10、11两层煤层，下石盒子组含4、5、6、7、8五个煤层，上石盒子组含1、2、3三个煤层。矿井内揭露的地层从老到新及含可采煤层（见表1）。表1 卧龙湖矿各地层所含煤层地层所含煤层石炭系太原组含煤6层，煤层薄而不可采二叠系二叠系山西组含可采煤层10煤层，不可采11煤层下石盒子组含4、5、6、7、8煤层，6、7、8可采上石盒子组含1、2、3煤层，一般不可采石千峰组此层不含煤层新近系、第四系此层不含煤层矿井内岩浆岩普遍发育，主采煤层6，7，8，10煤层均遭受岩浆岩侵蚀严重，岩浆自南而北顺断层破碎带及煤层侵入煤系地层，导致岩浆侵入体南部多于北部，南部厚于北部。侵入范围由浅至深逐渐扩大，侵入6、7、8煤层的部位主要在4线以南，而10煤层则全区都受岩浆侵蚀。岩浆侵入体产状多为岩床，少量为岩脉。2.2.2 矿区构造图 2 卧龙湖井田构造图地层倾角较缓，多在520之间，个别地段陡达40。由于其周围构造的影响，井田的地质构造较为复杂，井田内次级断裂发育，落差大于100m的断层有7条，均为正断层（见表2）12。采区内岩浆侵入普遍，顺断层破碎带侵入。表2 主要断层一览表断层号倾角/度走向倾向落差/mF270近SNW100F470N34E-N64ESE100-145F570N50E-N7WNNW0-380F640-70近SNSE0-100F770N30W-N5WE100F1070N50E-N28ESE0-114F1370N15WWS165-2052.2.3 煤岩及煤质特征（1）主采煤层岩浆侵入程度根据矿井地层及岩浆侵入程度可知，卧龙湖井田内，煤层被岩浆侵入的范围较为广泛。而主采煤层 6、7、8、10 煤层均遭岩浆严重侵蚀，其中侵入中部煤组( 6、7、8 煤层) 主要在4勘探线以南，如7煤层，4勘探线以南岩浆岩厚度平均为3.3m，北部为 1.4m，而下部 10 煤层除首采区部分地区外其余地区均受不同程度岩浆侵蚀。（2）岩浆侵入煤层的部位在岩浆侵入含煤地层时，岩浆首先选择煤层侵入13。主要以沿煤层顶底板和沿煤层中间的位置侵入。井田内岩浆侵入各主采煤层的位置有所不同，其中 6 煤层及 7 煤层中的岩浆沿煤层底板侵入为主，沿顶板侵入煤层的情况相对较少。8 煤层及 10 煤层中岩浆则以沿煤层中间侵入的方式居多，其次是以沿煤层顶板和底板的方式侵入因此各个煤层煤岩特征及煤厚煤质都不尽相同。（3）侵入岩种类与产状通过观察钻孔的岩性以及对不同层位代表性样品的分析得出：本区侵入岩以中性闪长岩类(包括闪长岩、石英闪长岩及闪长玢岩)为主，另外还有基性辉长岩类(包括辉绿岩、辉长岩及橄长岩)。本井田常见的侵入岩多以顺层侵入煤层的岩床状产出。（4）煤层特征与煤质煤层厚度在岩浆侵入越广泛的区域厚度越薄。岩浆侵入区的煤质由于岩浆的侵入和高温的影响,煤层发生了接触变质作用，随着煤层与岩浆侵入体距离的减小，煤的种类由远到近出现了由瘦煤、贫煤、无烟煤、到天然焦的递变特征。由于岩浆侵入的影响致使煤的物理、化学性质及工艺性能均不同程度地发生了一系列变化。使煤的炭含量和灰分增高，挥发分减小，煤的硬度增大，发热量降低。根据GB/T15224-2004煤炭质量分级，卧龙湖矿区煤属于中灰分、特低挥发分、特低硫煤。2.3 岩浆侵入规律2.3.1 区域构造演化与岩浆侵入活动淮北地区晚三叠世开始，扬子板块与中朝板块发生碰撞，由南向北的挤压应力，促使本区东西向隆起加剧，原先沉积的地层遭受风化剥蚀。同时，东西向褶皱等形成，东西向古断裂也重新活动。印支旋回未期，由于扬子板块与中朝板块作用削弱，区域构造从南北分异向东西分异转化，南北向逆冲断层及北北东向左旋剪切断层。在该构造应力场作用下，形成本井田的F2、F4、F5、F6、F7及F15等近南北北北东走向的张剪性断层。接着到燕山构造旋回早期（燕山一期），本区进入太平洋构造域。东部(东亚)板块向北西西向移动并向中国大陆下俯冲，区域应力转为NW-SE向作用，因而形成宿南向斜，南坪向斜，童亭背斜等一系列近南北向褶皱。随后中晚侏罗纪更强烈的燕山运动，郯庐断裂带和双沟推覆带在华北古板块与华南古板块碰撞对接和拼贴后持续作用过程中，具有转换断层和斜向断坡的性质。徐宿地区发生由东向西的盖层推覆，并形成徐宿弧形构造。该期构造在本区主要表现为东西向缩短，地层发生倾斜。F2、F4、F5、F6、F7及F15等断层进一步发育，并表现为压性，地层发生倾斜。燕山中、晚期白垩纪是中国东部伸展构造活跃的时期(燕山二期)。在本区形成许多相互独立的断陷构造盆地，并造成大规模的NNE方向上的岩层破裂，该期NE-NEE向断裂表现为右行走滑并表现为一定的拉张作用。从淮北区域构造演化及区域岩浆岩发育情况看，淮北煤田在印支运动前经历了相对稳定的阶段，基本无岩浆活动。自侏罗纪以来，伴随着强烈的断裂活动，发生了中性岩浆岩的侵入和喷发。岩浆活动主要受北北东向和东西向两组断裂的控制，其中北北东向断裂控制燕山早期岩浆活动，如宿北断裂南侧的濉溪三铺出现燕山早期岩体，而东西向断裂控制燕山晚期岩浆活动。燕山期侵入岩发育，分布于褶皱核部或断裂的交叉部分。岩浆岩主要为闪长玢岩、石英闪长玢岩及闪长岩等。2.3.2 岩浆侵入年代近年来，许多学者利用锆石U-Pb法及K-Ar法同位素地质年龄测定对苏鲁皖地区石炭二叠纪煤系中的岩浆侵入年代进行了测定。数据表明本区石炭二叠纪煤系中的岩浆侵入时代在107128Ma之间(见表3)，是与整个苏鲁皖地区的岩浆侵入活动相一致的，对比同位素年代表，参考区域分析资料，卧龙湖煤矿岩浆岩是晚侏罗纪白垩纪燕山运动晚期的岩浆活动的产物。表3 同位素测年结果一览表测定地点年代（Ma）岩石类型岩浆侵入地层张八岭隆起带128花岗岩体郯庐断裂带北段西侧68.45-128.86闪长玢岩及辉绿岩类石炭二叠系巨野煤田106.4类辉绿岩类济宁煤田107-128煌斑岩类皖北地区114闪长玢岩类2.3.3 岩浆侵入通道与侵入方向岩浆从岩浆源向上侵入，需要断裂作通道。对岩浆侵入和侵入体分布起控制作用的断裂，是岩浆侵入期前或侵入期间产生的断裂；而岩浆侵入期后产生的断裂，对岩浆侵入和侵入体分布不起控制作用，但对先成侵入体起切割和改造作用。一般情况下，张性、张扭性断裂，由于开启程度较好，侧压较小，因而对岩浆运动的阻力较小，便于岩浆侵入，特别是那些切割深、延展长的张扭性断裂，更有利于岩浆的活动。从岩浆岩分布情况来看，本区岩浆侵入有明显的方向性，厚度变化也有一定的规律可寻。从本井田四个主采煤层岩浆岩累计厚度等值线图中可以看出，岩浆岩南多北少，南厚北薄，在4线以北岩浆的侵蚀作用明显减弱。根据区域地质资料，在本矿井东南角赋存有一大型岩浆岩体，其应为本矿井岩浆侵入的源基。这都说明岩浆总体上是自东南方向侵入本矿井的。卧龙湖煤矿是受F2和F7北北东向断裂控制的一地垒构造。F7断层位于矿井东部边界，为NNE向断层，其断层落差在0-380m之间。该断层南与NNE向黄殷大断层相接，北延伸河南张楼东部。从区域构造图上可以看出，该断层南北端均有岩浆岩分布，说明该断层与下部岩浆岩岩体有连通，是本区岩浆侵入的主要通道。矿井范围内，F7断层下盘南部岩浆岩累计厚度大，断层附近出现多个厚度高值区，4层主采煤层被侵蚀严重。根据钻孔岩性描述，F7断层附近岩浆岩颗粒相对较粗，结晶程度相对较好，这可能是在该断层附近温度较高，岩浆冷凝时间相对较长的原因。表明F7断层是岩浆侵入的主要通道。10煤层岩浆侵入范围广与10煤层位于二叠系底部，且煤层灰分含量低，煤凝胶组分含量高，有一定的关系。通过对岩浆岩的结晶程度及区域岩浆岩分布特征的分析后发现，本区除F7断层外，F5断层也是矿井范围内岩浆侵入的重要通道。B1-5孔位于多条断层的交汇处，从钻孔揭露的情况看，该孔岩石破碎，全孔均有岩浆侵入，钻孔累计岩浆岩厚度达百米，说明该处破碎带软弱层是下部岩浆进入上部地层的通道。F15断层附近上石盒子组有多层岩浆岩分布、表明该断层是上石盒子组岩浆侵入的通道之一。另外，依据岩浆岩成分的复杂性，岩浆入侵存在着多期性的可能。煤矿生产实践表明，在岩浆通过断层通道侵入到煤层中心部位，岩浆活动剧烈，侵入体在较大面积上呈层状、似层状，厚度大，岩浆发育，煤层几乎全部被熔蚀同化，为岩浆岩所替代，偶见少量天然焦，但混杂大量岩浆物质，煤层基本失去工业价值。虽然本区NNE向断层是岩浆侵入的主要通道，但不同煤层沿断层侵入的位置不同，使得岩浆侵入中心有所不同(见图3图6 )，这是造成各个煤层岩浆侵入体分布差异的主要原因之一。图3 6煤层岩浆侵入上冲区分布图图4 7煤层岩浆侵入上冲区分布图5 8煤层岩浆侵入上冲区分布图6 10煤层岩浆侵入上冲区分布2.3.4 岩浆选层侵入特征岩浆沿断裂通道上升的过程中，还要沿层理面、层滑面和软弱层位发生侧向顺层侵入。由于煤层物理性质软弱，裂隙和层滑面发育，化学性质活跃，热熔点较低，致使煤层易被高温岩浆熔蚀，抵抗岩浆侵入能力较差，因而煤系地层中煤层是岩浆最易侵入的层位。岩浆侵入煤层，除了煤层本身软弱外，还与煤层的顶底板致密坚硬、导热性差，岩浆热量和气体不易从煤层中速散，温度和压力能长时间在煤层中保持等有关，即与煤层顶底板的阻隔和屏蔽作用有关。经分析发现，岩浆侵入含煤地层时，除煤以外，其它各类岩石的体积受热后均有膨胀，以致岩浆不易侵入。岩浆携带的热量和压力足以使煤发生质的变化，围岩则变化甚微。煤的体积收缩，为岩浆侵入提供了初期通道。岩浆在侵入后又进一步吞蚀煤层，使煤层厚度发生明显变化。因此，在煤与其它岩类共同构成的含煤地层中，岩浆首先选择煤层侵入。2.3.5 岩浆侵入影响因素分析（1）构造对岩浆侵入的影响从岩浆岩厚度分布特征分析，木区岩浆侵入明显受到构造的控制。卧龙湖煤矿断层主要为走向SN或NNE方向的正断层，该方向断层为燕山晚期岩浆活动提供了良好通道。在岩浆沿断层垂直活动受阻时，则改变原来的活动形式和方向，越出断裂带沿着松软碎弱岩层向侧面扩展。（2） 煤层分叉对岩浆侵入的影响煤层的分叉与尖灭对岩浆侵入有一定的影响。当岩浆沿煤层顶板侵入时，如遇煤层分叉，岩浆易沿上分层侵入，而下分层可保留较完整的煤层。如首采区5-6-1孔10煤层为一层，岩浆沿顶板侵入，到034孔附近10煤层分叉为两层，岩浆沿顶部分层侵入，该孔附近103机巷10煤层下分层保留完整，未发现岩浆岩，而DF8断层下盘10煤层再次合并，10煤层顶板再次发现岩浆岩体(见图7)。图7 煤层分叉对岩浆岩的影响（3） 岩浆侵入受煤层厚度的影响煤层厚度越大，侵入煤层中的侵入体厚度越大，分布面积越广，形态越复杂。在厚煤层中常可见到侵入体从煤层下部穿到煤层上部，再由上部穿到下部的现象；在薄煤层、局部可采煤层中，侵入体分布比较零星，面积较小，如上石盒子组煤层受岩浆侵入的范围较小。（4） 岩浆侵入受煤层结构的影响由于岩石层的导热性和透气性较低，化学稳定性较高，可起隔热和屏蔽作用，限制岩浆在煤层中的活动。因此，煤层中岩石层的有无、厚度、性质和分布情况，控制着侵入体在煤层中的分布和对煤层的影响范围。（5） 岩浆侵入受煤层产状的影响一般来说，大岩体附近均有大断层的存在，而且多侵入煤层向上倾斜的一侧或者在上倾煤层中发育。从8煤层岩浆岩体分布可以看出，8煤层岩浆侵入通道为F7和F5断层，岩浆在上冲区侵入到8煤层后，均有沿煤层向上倾方向侵入的特征。3 岩浆侵入对煤层的影响3.1 岩浆侵入对煤层结构的影响卧龙湖矿区主采煤层均受岩浆侵入影响严重，其中6煤层及7煤层中的岩浆沿煤层底板侵入为主，沿顶板侵入煤层的情况相对较少。8煤层及10煤层中岩浆则以沿煤层中间侵入的方式居多，其次是以沿煤层顶板和底板的方式侵入(见表3)14。严重破坏了煤层的原始结构，受岩浆侵入穿插的影响，岩浆分一层或多层侵入煤层，煤层被分成几个小分层，使煤层变薄，煤层结构变得更加复杂化，可采性降低，开采条件复杂。岩浆侵入层数越多，对煤层破坏性愈大。岩浆侵入对煤层结构的影响主要表现在两个方面，一是岩浆侵入体分成若干个细小的分支，夹于煤层中间，或者以不规则的形状（瘤状，串珠状）侵入煤层，使煤层出现分叉或被岩浆吞蚀，使煤层夹矸增多，结构变得复杂，可采性变差；二是岩浆侵入过程产生强大的挤压力，煤层在煤系地层中属于塑性岩层，岩浆侵入体厚度较大时，煤层在岩浆的水平巨大挤压力的作用下，发生层间滑动或塑性滑动，局部形成厚煤层。使煤层间的距离增大，破坏了煤层原有的稳定性，对于开采过程中找煤探煤增加了难度，影响矿井产量稳定性。表3 主采煤层岩浆侵入位置面积比煤层号沿顶板/%沿底板/%沿中间/%6煤层2337407煤层1168218煤层6306410煤层122959岩浆侵入体占据了煤层厚度原有的空间或者以夹矸方式产出，使煤层厚度普遍减小甚至煤层被侵入体全部吞蚀，从而使煤层结构变得复杂。岩浆侵入煤层的层位及层数不同，对煤层结构的破坏情况也不同，一般情况，岩浆沿煤层的中间侵入破坏的程度最为严重，而沿煤层顶板和底板侵入则破坏程度相对较轻。而且还与侵入体的层数多少、厚度大小都有关系，往往是层数越多、厚度越大，对煤层结构的破坏就越严重。根据岩浆侵入各主采煤层的层数及现有的资料统计得出（见表4）14，四个主采煤层都存在沿顶底板及中间三种岩浆侵入方式，且都有多层侵入的区域，从而使各主采煤层的原生结构都不同程度的遭到破坏。6煤层侵入方式以中间侵入为主，且多为单层，发现6煤层完全遭到侵蚀；7煤层以单层侵入方式侵入煤层底部；8煤层主要侵入煤层中间部位，多层侵入现象增多；10煤层大多侵入也位于煤层中间部位，且以单层为主(见图8图11)。煤层层数/层所占比例/%6煤层16822537 7煤层172.522532.5 8煤层154.5231.839.244.5 10煤层182.8215.53041.7表4 各主采煤层岩浆侵入层数统计图8 6煤层钻孔对比图图9 7煤层钻孔对比图图10 8煤层钻孔对比图图11 10煤层钻孔对比图岩浆侵入煤层破坏煤层结构，对煤层的连续性以及可采性都影响至深。岩浆的侵入以及吞蚀、侵蚀、穿插分割煤层，都会破坏煤层的连续性和稳定性，降低可采性、减少储量。而卧龙湖矿井仅天然焦就占总储量的28%，尤以10煤层占比例最大。3.2 岩浆侵入对煤层厚度的影响岩浆侵入煤层会对煤层产生强大的推挤力，使煤层变形、甚至发生位移，煤层厚度变化加剧，破坏了煤层厚度的稳定性。岩浆侵入范围越广泛的地区煤层厚度越薄，储量越少，由于井田岩浆侵入的部位及层数各不相同，卧龙湖井田内煤层厚度的分布大致为南部煤层煤的厚度小于北部煤层。（1）岩浆侵入6煤层煤厚变化图12 6煤层可采厚度等高线图岩浆对井田内6煤层的影响主要位于矿井南部。矿井范围内6煤层煤厚0-2.71 m，平均0.74m。从6煤层可采厚度等值线图可知，矿井内6煤层4-5线以南被岩浆侵蚀严重，且大多己变为天然焦，平均厚度为0.6m,岩浆侵入范围内仅小部有大于1m的煤层或天然焦，其余基本不可采；而北部煤层相对较稳定，煤层都在0.5-1.3m之问，平均厚度在1m左右，可采面积占40.1。对6煤层可采厚度等高线图分析可知，虽然6煤层可采储量边界和岩浆岩的吞噬边界大体一致，但0.8m的可采界限在岩浆岩的侵蚀区范围内有延伸，此区域是否还剩有可采资源有待进一步探测。未来6煤层找煤方向应集中在岩浆侵入边界附近。（见图12）。（2）岩浆侵入7煤层煤厚变化图13 7煤层可采厚度等高线图井田范围内7煤层厚度在0-5.77m之间，平均厚度1.26m。7煤层岩浆侵入区主要分布于井田的南部。7煤层在B2线以南受岩浆侵蚀影响较大，煤层厚度变薄，厚度在0-1m之间，平均厚度为0.5m，岩浆侵蚀范围内除主井一带有大于1m的煤层或天然焦外，其余基本不可采。在B2线以北区域，7煤层基本无岩浆的侵蚀，其煤层厚度在0.8 -3m之间，平均厚度为1.3m，煤层可采范围较连续，可采面积占65.1，属较稳定煤层。分析表明在井田南部区域局部块段有可采资源，特别是在岩浆对煤层的侵蚀边界附近，可作为7煤层找煤重点考虑区域（见图13）。（3）岩浆侵入8煤层煤厚变化图14 8煤层可采厚度等高线图井田内8煤层厚度在0-7.68m，平均厚度2.19m。岩浆侵蚀影响区主要分布于井田内4线以南区域。岩浆侵蚀影响区范围内煤层厚度在0.5-3m之间，平均厚度为1.6m，可采指数60.2%，可采面积占46.9%。在矿井西南部区首采区范围受到岩浆的侵蚀影响较小，煤层厚度在1-4m之间，平均厚度达2.5m。4线以北未受岩浆侵入影响的区域，厚度在0.8-4m之间，平均厚度都在2.34m，可采指数可达81.0%，可采面积占89.3%，属较稳定煤层。总的来说，与其他3层主采煤层相比，该煤层受到的岩浆侵入影响范围较小。由于在该煤层的原生煤层厚度大，所以在侵蚀区内仍有可采的煤炭资源，尤其是在岩浆侵入边界附近有煤层增厚的可能，如F6断层以东B1线至4-5线之间及5-6孔附近（见图14）。（4）岩浆侵入10煤层煤厚变化图15 10煤层可采厚度等高线图本井田10煤层厚度在0-4.31m之间，平均厚度1.67m。10煤层受到岩浆侵蚀影响最为严重，全区都受到了岩浆的侵蚀影响，仅在矿井西部块段煤层受到岩浆的侵入影响程度较小，该区煤厚在1.8-4m之间，平均煤层厚度为2.29m。而在岩浆侵入区范围内，煤层厚度在0.4-2.2m之间，平均厚度1.6m。由于10煤层厚度普遍较厚，虽受到大范围的岩浆侵蚀作用，但剩余的煤层或天然焦的厚度都超过0.8m，尤其是井田北部区域，在未来资源回收时应加以考虑（见图15）。根据资料及煤层侵蚀前后厚度变化情况可知（表5）15，岩浆侵入煤层对煤层厚度影响极大。一般来说，煤层离岩浆侵入体越远，煤层厚度越厚，反之越薄；煤层原始厚度越厚，遭受岩浆侵蚀后相对厚度较大，反之较小；岩浆侵入越广泛的地区煤层厚度越薄，反之越厚。表5 岩浆侵入后煤层厚度变化煤层煤层厚度/m平均厚度/m侵蚀区平均厚度/m可采面积比/%60-2.710.740.640.170-5.771.260.565.180-7.682.191.689.3100-4.311.671.61003.3 岩浆侵入对煤质的影响高温高挥发分的岩浆大规模侵入煤系地层或煤层，导致煤层在深成变质作用基础上叠加发生接触热变质作用。在井田岩浆接触变质带，随着煤层距岩浆岩体距离的增加，由近到远，在平面和纵向上煤类表现出由天然焦无烟煤贫煤瘦煤的带状递变分布特征，且分带厚度与岩浆岩体的厚度有关。煤层变质程度不同，其挥发分含量亦有变化（见表6)。表6 主采煤层侵蚀区未侵蚀区挥发分平均含量煤层未侵蚀区挥发分平均含量/%侵蚀区挥发分平均含量/%6146.37138.28127.1107.36随着变质作用的程度不同，各煤层的挥发分不同。由于本区煤层主要受区域岩浆热变质和接触变质作用的叠加影响，因此煤的挥发分含量反映了岩体的状态。根据煤样分析结果，分析本矿井的各个煤层挥发分含量分布特征如下：6煤层的挥发分含量变化范围为4%-16%之间，平均为12.6%。总体上6煤层的挥发分含量有北高南低的特点(见图16)，南部岩浆岩的侵入区域内，挥发分含量在从4% -14%之间，平均6.3%，并由南到北沿着岩浆侵入方向递增，而北部未被岩浆岩侵蚀的区域的挥发分含量在12%-16%,平均在14%左右，且2线3线之间中部含量相对较高。7煤层挥发分含量变化范围在5%-21%之间，平均12.4%。在南部岩浆侵蚀区内挥发分含量在5%-9%之间，平均为8.2%，具有由南到北递增趋势特征，但有个别块段出现异常，如4-54和5-6孔的挥发分含量为5%。未受岩浆侵蚀影响区内，挥发分含量都在11%21%之间，平均为13%。总体上本区7煤层的挥发分含量分布特征为南部低于北部(见图17)。8煤层挥发分含量变化范围在4.5%-15.5%之间，平均11.2%。在井田4-5线以南岩浆侵蚀区内挥发分含量在4.5%-8.5%之间,平均为7.1%。未受岩浆侵蚀影响区内，挥发分含量都在9.5%-14.5%之间，平均为12%。该煤层挥发分含量分布特征与6煤层和7煤层相同，为北高南低(见图18)。10煤层煤质的挥发分含量变化范围为4%-8%，平均6.5%。井田的岩浆侵蚀影响区内挥发分含量在5%-7%之间，平均为6%。非岩浆侵入影响区的挥发分含量在6.5%-8%之间。总体来说全区10煤层的挥发分含量变化趋势不大，仅个别钻孔(如B1-4孔)挥发分达到11%，可见10煤层变质受岩浆影响作用高于上部煤层(见图19)。图16 6煤层煤质挥发分等高线图图17 7煤层煤质挥发分等高线图图18 8煤层煤质挥发分等高线图图19 10煤层煤质挥发分等高线图由于卧龙湖井田内岩浆侵入通道主要位于F7断层南部，因此，南部煤层的挥发分含量普遍较北部煤层的挥发分含量低（见表7）14。表7 主采煤层南北部挥发分含量对比煤层南部挥发分含量/%北部挥发分含量/%68.31478.21387.11210611由于岩浆体烘烤和接触变质的双重作用，不仅使煤的灰分升高，挥发分减小，还能使煤的发热量降低（见表8、图20图23）15。本区煤的发热量表现为：下部煤层低于上部煤层，南部煤层低于北部煤层。表8 主采煤层侵入区与未侵入区煤的平均发热量煤层侵入区煤的平均发热量MJ/kg未侵入区煤的平均发热量MJ/kg63335732.934.6833.734.71031.234在井田区域上6煤发热量表现为井田岩浆侵蚀区低于非岩浆侵蚀区，且由南至北，6煤发热量有逐渐增高的趋势。7煤的发热量分布特征为岩浆侵蚀区低于非岩浆侵蚀区，在区域位置上有由南到北递增的趋势。图20 6煤层发热量等高线图图21 7煤层发热量等高线图图22 8煤层发热量等高线图图23 10煤层发热量等高线图在井田区域上8煤发热量分布表现为井田非岩浆侵蚀区高于岩浆侵蚀区，而井田北部即非岩浆侵蚀影响区内除一个异常点外，其余分布稳定。10煤层在非岩浆侵蚀影响区内，煤的发热量分布稳定。卧龙湖井田受岩浆侵入影响严重，煤层在深成变质作用基础上又叠加发生了接触变质作用，且各主采煤层接触面积与体积也不同，对煤层的影响也不同（见表9）14。叠加变质还能使煤层变质为无烟煤、天然焦甚至岩焦混合体，导致煤的化学特性及工艺性都发生较大的变化。表9 煤层灰分量与岩浆侵入面积体积关系煤层岩浆侵入面积（km）岩浆岩体积（m）平均灰分含量/%613.51010726.83712.68.2510726.58811.57.7910728.181022.89.4810720.49（1）通过对煤层资料分析知，距离岩浆岩侵入体越近，煤的碳含量、水分、灰分均逐渐增高，严重影响了煤的工业用途。（2）岩浆侵入煤层，使煤发生热分解反应，产生大量的一氧化碳、二氧化碳、瓦斯等有害气体，增加了开采难度。（3）随着变质作用的不同程度，各煤层挥发分也不同，卧龙湖井田受岩浆热变质和接触变质的叠加作用，煤的挥发分反应了岩体的状态。（4）卧龙湖井田南部受叠加变质作用，因此岩浆侵入对各煤层的发热量影响也不尽相同，大致为南部煤层煤的发热量低于北部煤层，下部煤层煤的发热量低于上部煤层。（5）各煤层中岩浆侵入体的体积相差不大的情况下，煤层与侵入体的接触面积越大，变质程度越严重，煤层灰分含量越高。根据分析，卧龙湖井田主要受区域岩浆热变质和接触变质作用的叠加影响，变质程度与岩浆岩体的距离、侵入煤层的岩体产状、侵入体厚度、侵入位置、侵入层数、接触面积都有关系。3.4 岩浆侵入对煤层瓦斯赋存的影响岩浆侵入煤层不仅对煤厚及煤质有较大影响，同时岩浆侵入煤层时会产生高温、高压的环境，这样的环境下，煤体内的有机质发生热解成烃的作用会迅速加快，从而使煤层中瓦斯含量增大，同时，侵入的岩浆岩体会在煤层周围形成致密的封闭层，成为天然的赋存箱，使瓦斯得到更好的保存和积累。岩浆侵入对煤层瓦斯赋存的影响并不规律，因此会对煤矿安全生产构成较大威胁。卧龙湖煤矿为煤与瓦斯突出矿井，矿井可采煤层6、7、8、10煤层均为突出煤层。由于南采区6、7、8煤层受岩浆侵入影响大，基本不可采，所以以10煤层南一采区为研究对象。根据资料显示，南一采区10煤层剩余块段瓦斯风化带的下限为-340m，标高-340m以浅的区域为无突出危险区域，标高-34