吕家坨井田八煤层古河流冲刷带的认识与分析.docx

的认识与分析刘云生( 开滦集团吕家坨矿业公司)摘要吕家坨井田西翼部分区域八煤层顶板由正常的粉砂岩变为粗中砂岩, 并有煤层变薄现象。 通过对岩层和煤层的成份、结构及所含化石特征分析, 揭示出井田内发 育有古河流地质构造。并对古河流的流径区域和对煤层的破坏程度作了研究, 为井田中深部八煤层的开采提供了参考依据。关键词井田煤层古河流冲刷分析认 识 一 种 地 质 构 造, 首 先 从 岩 石 的 成份、结构、古生物化石等方面入手, 认真分析 其沉积过程, 搞清当时的沉积环境。(1) 吕家坨井田 4486 工作面主要运输巷 道八煤层直接顶板: 褐灰色粗粒石英砂岩, 主 要成分为石英, 次为长石、燧石, 少量白云母。 泥质胶结, 分选性差、次棱角状, 块状构造, 层理不明显, 常有炭屑等黑色物质。近煤处含有 较多的煤屑, 遇水易风化变软;(2) 吕家坨井田 4082 里工作面运输巷道 八煤层直接顶板为浅灰色细砂岩, 主要成分 为石英, 次为长石, 泥质胶结, 遇水易风化;(3) 林西井田九道巷十一石门, 八煤层直接顶板: 厚 0147 m , 细砾砂岩, 褐灰色, 主要 成分为石英, 含 15% 的长石及少量燧石、白云母, 砾石直径在 2 4 mm 之间, 分选性差,棱角状, 呈带状分布, 层理不明显, 泥质胶结。 间接顶板为褐灰色中砂岩, 厚 3108 m 。 处于上层含砾砂之上, 泥质胶结, 厚层状, 斜层理,层面含炭质薄膜, 遇水易风化;( 4) 林西井田十道巷十三石门八煤层直 接顶板: 浅灰色中细砂岩, 主要成分为长石, 次为石英和燧石, 泥质胶结, 遇水易风化变 软, 上部层理较明显;211概述吕家坨井田西翼在开采过程中发现: 部分区域八煤层顶板由泥岩、粉砂岩组成的正 常顶板被一层粗中砂岩替代, 并附带有煤层 变薄现象, 给采矿工程带来了很大的困难, 导 致了井巷工程的浪费和一定的经济损失。 例如: 四水平二采四中 4082 里工作面, 原设计形成一可采储量为 1618 万 t 的高挡普采工作面, 掘进巷道 293 m后, 煤层顶板由正常的黑色泥岩突变为灰色中砂岩, 且煤层厚度由 118 m 变为 113 m , 使掘进工作难以进行,在现有条件下不能开采, 致使该工作面储量 成为呆滞储量。在吕家坨井田范围, 受这种构造影响的还有 4486、4285、4280、4281、4284、4287 六个工作面。这种地质构造的成因与机 理是什么? 在该井田范围内, 其它地点是否还 存在这种地质构造? 对于中深部八煤层的开 采是值得研究且迫切需要解决的问题。另外, 吕家坨井田北部的林西井田也发 现了类似的异常地质构造, 我们把它们结合 起来, 从大范围内进行对比分析。2 异常地质构造分析211 异常地质构造区的岩石性质2000 年 12 月吕家坨井田八煤层古河流冲刷带的认识与分析第 4 期( 5) 林西井田十道巷中石门八煤层直接顶板: 灰色中砂岩, 厚 1186 m , 含黑灰色包裹 体, 定向排列, 夹黑灰色粉砂岩薄层和炭质薄 层, 有炭质层纹, 遇水易风化变软。212地质构造区的岩石特点 该异常区与正常顶板 ( 八煤层的正常顶板: 常有一层厚 012 0. 3 m 的褐灰色鲕粒 泥岩, 其上为一层灰黑色粉砂岩, 水平层理发育, 薄层状, 层面分布有大量的轮叶及科达木 化石) 相比, 很容易看出上述地点的顶板岩石的碎屑颗粒粒度较大, 表明当时沉积水动力 条件较强, 经过分析对比, 归纳特点如下:( 1) 岩石成份复杂。 除含稳定矿物石英 外, 常含有不稳定矿物长石、燧石, 成熟度差,胶结物多为泥质, 遇水易风化变软;(2) 岩石结构。 分选性差, 在一层中常以 一种粒级颗粒为主, 混杂其它粒级的颗粒。碎 屑为棱角状, 次棱角状。 在垂直方向上, 常出 现递变粒序, 底部粗中砂岩与下部煤层常表 现为突变接触, 夹杂有煤屑。(3) 岩石的构造。 层理不明显, 常由一些 炭化植物碎屑及黑色物质显示小型斜层理及 交错层理;(4) 古生物化石。 无动物化石出现, 常见 有大型植物茎化石呈定向排列, 层面上分布有大量的植物碎屑。213地质构造区的沉积过程 在地质历史时期, 开平煤田八煤层成煤古建造属滨海平原环境。 滨海平原包括有河 流相、湖泊相、泥炭沼泽相 (成煤环境)。 分析岩石的成份、结构等特征, 基本符合河流相的 沉积特征。在河流的发育过程中, 水流携带着 大量有碎屑物质, 其中包含有许多尚未风化 彻底的不稳定矿物, 虽然在搬运过程中继续 遭受着机械、化学作用的风化, 相继向稳定的矿物转化, 使不稳定成分逐渐减少, 但是由于 河流的风化作用时间较短, 不稳定矿物不能 够完全转化为稳定矿物, 常保留一些如长石、 燧石类的不稳定矿物。由于河流流速的变化,22支流搬运物质的加入, 沿岸物质的混入, 以入河流切割剥蚀下覆岩层, 使得岩石的结构复 杂化, 常表现为以一个粒级为主, 夹杂少许其 它粒级的颗粒及下覆岩层的岩屑。 河流的发 育过程中, 由于后退与侧向迁移使沉积物在垂向和纵向上分别表现出递变粒序。 即由砾 石粗砂岩中砂岩细砂岩粉砂岩的变 化序列。 河流的发育初期, 多以切割、剥蚀作 用为主。所以在其底部常存在有冲刷面, 沉积 岩底部常含有下覆岩层的岩屑。 由于河流的沉积速度较快, 其岩层的层理常常不明显, 往 往只是由一些炭化物质或黑色物质表现出 来, 这主要是由于河流的季节性、阶段性较 强, 洪水期水动力条件强, 炭化物质不易沉积 下来, 只有在枯水期, 水动力条件较弱时, 炭化物质才得以深积并保存下来。 河流中漂浮 的植物茎干以近似平行于水流的方向运移, 所以在沉积时呈现出定向排列, 这种定向排 列对确定古河流的水流方向是有一定的指导 作用。3古河流水流方向的确定无论是古代河流, 还是现代河流, 不论是从东往西, 还是由北往南都是沿某一方向前 进的, 但是, 由于古河流已不存在, 不能直观看出其水流方向, 只能通过对其沉积物的分 析、研究, 从宏观到微观的细致观察间接地得 出结论。311宏观古地理环境分析 为了弄清一条古河流的来龙去脉, 首先须分析其沉积前后的古地理环境。 整个开平 煤田在古地质历史上, 属于华北地区的一部 分, 华北地区自中奥陶世以后, 受加里东运动 的影响, 整体隆起为陆, 并且长时间遭受剥蚀 和夷平, 形成沉积间断。 自中石炭世起, 陆表海略有扩张, 大部分地区又逐渐被海水浸漫, 到晚石炭世中期达到海浸最高潮。 自晚石炭 世晚期起到二迭纪, 出现逐渐由西北向东南 的海退, 广大地区呈现出一个由山前平原、海2000 年 12 月水力采煤与管道运输第 4 期滨平原、泻湖海湾沉积环境所组成的海退式古地理景观。 开平煤田在早二迭纪早期属于 滨海平原环境, 多数以河床相, 河漫滩相, 湖 泊相为主, 并发育大面积的泥炭沼泽, 5、7、8、9 煤层就是在此期间形成的。 由于河流迁移改道或大陆抬升有时会对已形成的煤层进行 后生冲蚀 (八煤层就属于这种情况)。 从总体 趋势来看, 华北地区是一个西高东南低的古 地理景观。因此, 从宏观上分析河流的流向应 是由西北向东南方向。312沉积特征分析 根据河流相沉积植物茎、砾石的定向排列, 河流的分异作用, 以及河流迁移弯曲等特 点可以间接地分析当时水流方向。(1) 植物茎干的定向排列 在巷道的掘进和工作面回采过程中, 我们观察到植物茎干的排列有一定的方向性。 即植物茎干的长轴方向与水流方向平行, 可 以说大体上代表水流方向。 以下是在工作中 测得的植物茎干方向的几组数据:4486 工 作 面 面 风 道: 250、210、2253;4486 工 作 面 主 运 道: 208、235、198、235;4486 工作面运输道: 228、158、205;4473 工作面反石门: 203、210;4082 里工作面主运道: 196、218、225。 从以上可看出最大值为 250, 最小值为158, 通过计算得出 4486 工作面植物茎干整体方向为 217, 其样本偏差 s 为 23168, 植物 茎干方向与水流方向一致。(2) 河流的分异作用 由于河流高差的变小和河床的变宽, 从上游到下游河水流速逐渐变小, 携带碎屑的 能力也逐渐变弱, 碎屑按照粒度大小, 依次沉积下来, 出现粒度上的分异。即由砾岩粗砂 岩中砂岩细砂岩的变化顺序, 其中由砾 岩变为细粒的方向就代表了水流方向。 从林吕井田平面图上的实际柱状来看, 自林西井田 0183 工作面 吕 家 坨 矿 4486 工 作 面 4285 工作面4082 里工作面八煤层直接顶 板由含砾粗砂岩粗中砂岩细砂岩, 说明 了水流是由林西井田流向吕家坨井田方向。综合以上分析论证, 准确断定河流是由 东北向西南的水流方向, 这个结论为圈定古 河流冲刷带范围提供了理论依据。4古河流流经范围的圈定及冲刷的强烈程度分析前面已经对古河流的相沉积特征及水流方向进行了明确论证。 但最重要的还是对古 河流流经范围的确定, 根据其冲刷范围及冲 刷强烈程度, 才能因地制宜地布置采矿工程。在吕家坨井田范围内, 井下施工中揭露 受 冲 刷 影 响 的 工 作 面 有 4486、4281、4284、4285、4082 里等工作面, 林西井田范围内有0183 等工作面。 除此之外, 查阅了钻孔资料 后发现 109 号钻孔, 吕 27、吕 4 号钻孔的八煤层的顶板也为粗中砂岩。 滨海平原的河流常为曲流河、河道蜿蜒曲折, 左右摇摆, 结合水流方向和河流发育特 点 两 个 方 面 的 因 素, 我 们 确 定 了 林 西 井 田0183 工作面林 109 号钻孔吕 27 号钻孔 吕 4 号 钻 孔 吕 家 坨 矿 4486 工 作 面 4281 工作面4082 里工作面的水流路线。从 河流横断面观察, 靠近凸岸的一侧水流速度 较大, 携带碎屑能力较强, 沉积粒度大, 靠近 凹岸的一侧水流速度较缓, 相对沉积粒度较小。 例如林西井田 0183 工作面, 从河流的横 断面上观察, 靠近凸岸的一侧为含砾粗砂岩, 靠近凹岸的一侧为中砂岩。关于古河流的宽度, 在揭露比较充分的 工作面统计如下: 林西井田 0183 工 作 面 宽250 m , 吕 家 坨 井 田 4486 工 作 面 宽 208 m ,4281 工作面宽 230 m , 4082 里工作面宽 200 m , 4285 工作面宽 360 m , 确定古河流宽度232000 年 12 月吕家坨井田八煤层古河流冲刷带的认识与分析第 4 期4 m , 而到了下游的 4082 里工作面, 煤厚 变 化 已 减 小 到 015 011 m 之间。因此, 预计吕家 坨 井 田 深 部 的 五 水 平 八 采 区的 八 煤 层 受 冲 刷 变 薄 煤 层 减少的最大值达到 117 m 左右, 平均 110 m , 将会给采掘工程 带来较大困难, 希望在以后的 工 作 中, 在 靠 近 该 区 域 施 工 时, 要有实际工程加以探测和 验证, 合理布置采矿工程。5结论综合以上分析研究, 可得出以下结论:(1) 确定了在吕家坨和林 西 井 田 范 围 内 发 育 着 一 条 古 河流, 它形成于八煤层顶板沉 积 以 后, 七 煤 层 沉 积 之 前, 对 八 煤 层 顶 板 和 八 煤 层 进 行 了后 生 冲 刷, 导 致 煤 层 变 薄, 为 弄 清 古 河 流 的 准 确 冲 刷 范 围 及冲刷强度, 须做进一步的勘 探工程。( 2) 断定了古河流的流向是由东北向西 南方向, 即由林西井田流向吕家坨井田。(3) 初步确定了古河流流 经 区 域 ( 见 附 图)。附 图208 360 m 之间。根据水流方向及河流推测宽度, 圈定了古河流的流经范围, 见附图。 在 平面图上呈“s ”型, 吕家坨井田范围内古河流冲刷面积大约为 0183 km 2。 古河流流经范围内, 除对煤层顶板进行剥蚀外, 还对八煤层进行了冲刷。 例如: 林西井田 0183 工作面运输巷, 其煤厚由 正 常 的210 2. 4 m 变为 1115 011 m , 吕家坨井田4486 工作面主运输巷, 其煤厚由正常的 215 m 变为 210 018 m , 吕家坨 4082 里工作面,作者简介:刘云生, 男, 1968 年出生, 工程师。 1990 年毕业于中国 矿业大学地质系, 参加工作后一直从事煤矿地质技术工作。 现任开滦集团吕家坨矿业公司地质工程师。通讯地址: 开滦 集团吕家坨矿业公司, 邮政编码: 063107。煤 厚 由 正 常 的 114 115 m变 为 113 110m , 煤层都不同程度地受到了冲刷, 有些地方甚至冲刷殆尽。从总体趋势来看, 古河流上游 冲刷作用较强, 如林西矿 0183 工作面, 吕家 坨矿 4486 工作面, 煤厚最大变化在 112 2.24( 收稿日期: 20001008)2000 年 12 月水力采煤与管道运输第 4 期水力采煤秘管道运输engl ish a bs iractsm in ing p ro ce ss, bu t a lso lead to m uch g rea te r o ve ra lleff ic iency o f co a l ex t rac t io n sy stem , ex tended o ve rh au l p e r io d and h igh e r adap tab ility o f th e p um p to d ir t ie r w a te r.in ve st iga t ion in to the m in in g of th in coa l seamu s in g hydrom in in g m e thod- y uan quanm in g e t a l how to ex trac t th in coa l seam rem a in s a problem faced by a ll hydrom in e s. hydraul ic m in in g of such seam in a hydrom in e prove s to be super ior to the con ven t iona l m in in g m e thod. a de scr ip t ion is m ade in the paper of the hydrom in in g m e thod used f or work in g such seam s. w ith the em pha s is p laced on advan tage s an d d isadvan tage s an d key techn o log ie s in vo lved, a s we ll a s the saf e ty precaut ion s requ iredto be taken.d e s ign con cep t an d prac t ica l a pp l ica t ion of the80l z- 410 slury pum p- chen q in we i e t a lfo llow ing and ana ly sis o f th e de sign ca lcu la t io n and st ruc tu re o f th e 80- l z- 80 slu r ry p um p , ba sed o n th e so lid - liqu id tw o - p h a se f low th eo ry, th e au tho r e labo ra te s o n th e de sign co ncep t and st ruc tu ra l fea tu re s o f th e tw o - p h a se f low slu r ryp um p deveop ed.a pp l ica t ion ,techn o logy-d eve lopm en t an d study of the cwmfu gu ix ian g e t a lcwm a s a goo d c lean fue l is rece iv ing eve r- inc rea sing co nce rn ab ro ad. cwm is be ing pop u la r izedun der stan d in g an d ana ly s is of the o ld - chann e lscour zon e in the seam 8 # in l uj ia tuo m in e f ie ld- l iu y un shen gin lo ca l a rea s in th e w e st w ing, l u jia tuo m ine f ie ld, m ed ium to co a r se - g ra ined sand sto ne ra th e r th an no rm a l silt sto ne is fo und in th e roo f st ra ta o f th e 8 # seam , and th e seam th e re tend s to th in o u t.co a l and p e t ro g rap h ica l ana ly sis m ade in re la t io n too n a t r ia l ba sis a s an ene rgy -deve lop ed ra th e r la te in c h ina.sav ing fue l inin 1982, cwmp rep a ra t io n and com bu st io n w a s listed a s o ne o f th ek ey p ro jec t s fo r study du r ing th e s ix th f ive - yea r p lan p e r io d h y th e s ta te sc ience and t ech no lo gy comm issio n, and in 1984, th e t r ia l com bu st io n o f cwm m e t w ith succe ss. c u r ren t ly, c h ina s cwm tech no lo gy stand s am o ng th e g lo ba l f ro n t rank s. a s a k ind o f fue l cap ab le o f rep lac ing co a l and o il, cwmen jo y s a b ro ad app lica t io n p ro sp ec t.th e com po sit io n,fo ssils co n ta inedst ruc tu re and ch a rac te r ist ic s o fth e re in revea ls th a t and o ld -ch anne l geo lo g ica l stuc tu re is in deve lopm en t in th em ine f ie ld. s tudy is a lso m ade o f th e f low reg io n o f th e o ld ch anne l and th e deg ree o f it s d istu rbance o n th e seam. t h e study re su lt o ffe r s a refe rence ba sis fo r th e fu r th e r m in ing o f th e 8 # seam a t m o de ra teand la rge r dep th s.raw coa l s izer- breaker- sun fux in gt h e raw co a l size r- b reak e r is a ne r equ ipm en t fo r up g rad ing and regene ra t io n o f b reak e r s u sed a t co a l m ine s. it h a s now fo und w ide sp read app lica t io n s fo r it s sim p le st ruc tu ra l de sign, re liab le op e ra t io n, h igh cap a t ity and eff ic iency, co n sisten t p ro duc t sizep lu s co nven ien t m a in tenance and m anagem en t.a pp l ica t ion of v ibra t ion m on itor in g in d iagn o s is offault