火成岩分布规律及开采对策研究

火成岩对某矿区煤层影响的探讨罗军成都大地工程设计有限公司【摘要】火成岩侵入煤层使煤层发生位移，局部富集，形成煤包体，破坏了煤层的稳定性，残缺不全，高温烘烤产生接触变质，煤的炭含量增高，挥发分降低，灰分增高，有害成分增多，变成无烟煤和天然焦，成为高变质煤，大大降低了煤的工业利用价值等有害作用。

因此，研究火成岩对煤层的影响是相当有必要的。

额盖力巴依萨依煤矿处于尼勒克县的西北部，与西邻的科尔克煤矿同处同一构造带、同一含煤带，含煤层数基本一致。

本勘查区煤层情况如下：勘查区内煤层赋存于中侏罗统西山窑组(J2x)地层中，其中主要可采煤层分布于该组地层的中下段。

西山窑组地层(J2x)含煤11层，编号从下到上依次为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11号，可采煤层l、3、5、7号本次及以往工作控制较好。

由于受火成岩的侵入的影响，主采煤层尤其是1、3煤层受岩浆侵蚀较为严重而成为不稳定煤层。

火成岩侵入煤系地层后，对矿井生产造成较大影响，其中主要包括：1)火成岩侵入煤层，吞蚀作用使煤层残缺不全，高温烘烤产生接触变质，煤的炭含量增高，挥发分降低，灰分增高，有害成分增多，变成无烟煤和天然焦，成为高变质煤，大大降低了煤的工业利用价值。

2)火成岩侵入煤层产生强大的推挤力，使煤层发生位移，局部富集，形成煤包体，破坏了煤层的稳定性，增加了开采过程中找煤的工作量，造成矿井产量不稳定。

3)火成岩侵入体可以分成若干细小分支，夹于煤层中间，或呈孤立的不规则瘤状、串珠状等潜入煤层，使煤层结构复杂，降低了煤层的可采性。

4)火成岩侵入体分布在煤层的顶部或底部，特别是顶部更为发育，形成煤层的直接顶或底板；或冲断煤层，破坏了煤层厚度的连续性，其结果造成煤炭资源损失。

5)岩浆热使煤层发生热分解反应，产生大量的CO、CO2、CH4等有害气体，吸附在煤体中，从而增加了煤层中的瓦斯含量。

6）由于火成岩侵入煤层后，易形成裂隙，造成煤层开采过程中顶板水的大量涌出。

7）火成岩的硬度、抗压强度及抗剪强度相对较高，对煤层开采的顶板管理产生较大影响。

总言之，由于火成岩侵入，使煤层发生了“形变”、“量变”和“质变”，造成了煤层绝对煤量地质储量)和相对煤量(可采储量)的减少，降低了煤炭的利用价值，增加了开采难度。

因此开展《额盖力巴依萨依煤矿火成岩分布特征及开采对策研究》对提高矿井经济效益和提高资源回收率具有重要意义。

研究区内施工钻孔，各层位的岩浆侵入规模不同，总的趋势是由浅至深范围逐渐扩大，1煤层的岩浆侵入范围最广。

从平面分布上看，岩浆侵入南多北少，南厚北薄。

1、岩浆岩侵入的层位岩浆侵入具有选择层位的特点,往往沿薄弱环节侵入,而煤层恰巧是软弱层,其熔点低,受热易熔蚀。

钻孔统计资料表明本区受岩浆侵蚀的1、3、5三个主采煤层遭岩浆侵蚀较为严重，被侵蚀的地方，煤层大多变为天然焦，少数钻孔见有火夹焦，甚至局部区域煤层完全被岩浆岩所吞噬掉（主要见于1煤层）。

侵入体对其上面的煤分层影响较大，对其下面的煤分层影响较小。

这是由于岩浆中的气体和煤变质过程中产生的挥发分易于携带热量向上扩散的缘故。

因此，侵入体位于煤层顶部，对下部煤分层影响较小，处于煤层底部，对上部煤分层影响较大，岩浆侵入体居于煤层中部，对煤层影响最大，形成上厚下薄的变质带。

虽然本区大型断层是岩浆侵入的主要通道，但区内部分中型断层可浆下部岩浆导入的上部煤层。

由于岩浆沿断层通道侧向侵入煤层，向煤层上山方向比向下山方向易于扩散，并具有由底板向顶板流动的倾向。

因此这些中型断层的出现，一方面使得岩浆沿的分布范围更广，另一方面导致可采煤层的连续性和可采性变差。

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。

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（如本区1层主采煤层）。

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、局部可采煤层煤层中，侵入体分布比较零星，面积较小。

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。

总的来说，整个井田岩浆活动普遍，岩浆的侵入不仅影响了煤层的可采性，对煤质、煤层间距均有很大影响。

研究区岩浆侵入范围广，主要以岩床为主，少量为岩脉，其平面分布由浅至深侵入范围变大，岩浆岩侵入区煤层大都变质为天然焦。

岩浆主要顺断层破碎带及煤层侵入煤系地层。

岩浆侵入对煤层的影响主要表现在其侵入后所形成的岩浆岩体对煤层的破坏形式上，其主要表现形式表现为对煤层结构的影响，对煤层连续性即厚度的影响及对煤质变化的影响。

2、对煤层结构的影响本井田的岩浆侵入破坏了煤层的原生结构，受岩浆侵入穿插的影响，使煤层变得复杂结构。

岩浆侵入对煤层结构的影响主要表现在两个方面，一方面是岩浆侵入体可以分成若干细小分支，夹于煤层中间，或呈孤立的不规则瘤状、串珠状等侵入煤层，使煤层出现分叉（或被吞蚀），导致煤层夹矸增多，结构复杂，煤厚变小，可采性变差；另一方面是岩浆活动产生强大的推挤力，使煤层发生位移，在局部富集，形成煤包体，使煤层局部增厚或煤层间距加大，破坏了煤层的稳定性，增加了开采过程中探、找煤的工作量，造成矿井产量不稳定。

岩浆侵入体占据了煤层厚度空间或以夹矸方式产出，使煤层厚度普遍变薄甚至全部吞蚀或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程度也不同，一般来说，岩浆沿煤层的中间侵入要比沿煤层的顶板和底板侵入对煤层的结构破坏程度大，且侵入体的层数越多、厚度越大，对煤层结构的破坏程度越大。

根据现有钻孔资料统计得出，三个主采煤层都存在三种岩浆侵入方式，即沿煤层的顶板、底板及中间侵入，且都有多层侵入的区域，从而使得各煤层的原生结构都不同程度地遭到破坏。

1煤层岩浆侵入以中间侵入居多，且多为单层，部分钻孔发现1煤层完全遭侵蚀；3煤层以底部和一层的侵入方式为主；5煤层岩浆侵入体主要分布于煤层中间，多层侵入的现象增多。

3、对煤层连续性及可采性的影响岩浆侵入导致煤层受到挤压交代熔蚀甚至被吞蚀，从而破坏了煤的连续性和稳定性，使煤层变薄、厚煤层被分割或变为天然焦，可采性降低，地质储量减少。

岩浆侵入对煤层连续性影响有以下几种情形：(1) 岩浆顺煤层侵入：在岩浆侵入通道附近，岩浆全部或部分地吞蚀煤层，而在其能量减弱的边缘则岩浆以薄层状穿插分割煤层，造成了“复杂结构”煤层。

(2) 沿煤层顶界侵入：除少量吞蚀、捕掳煤层形成岩浆岩与煤的混合体外，煤层上部形成天然焦，向下则变为无烟煤，如煤层含夹石，则夹石以下的煤基本不受影响。

(3) 岩浆沿煤层底界侵入：对煤层破坏的破坏作用相对较小，主要以其热力烘烤和热液熔蚀使煤层变为天然焦，煤层底部煤质低劣。

(4) 岩浆侵入煤层底板岩层中：视岩浆侵入规模与煤层距离大小而论，岩浆侵入规模大、距煤层近，则其热力烘烤作用强，煤化程度增高，相反则影响很小或不受影响。

(5) 岩浆侵入煤层顶板岩层中：一般对煤层无明显的影响。

(6) 煤层及其顶、底板均未见到岩浆岩，而煤层为天然焦，这证明附近有岩浆岩存在。

4、对煤层可采厚度的影响由于岩浆的侵入对煤层产生强大的推挤力，使煤层发生位移，破坏了煤层厚度的稳定性，若岩浆侵入体分成若干细小分支，夹于煤层中间，或呈孤立的不规则瘤状、串珠状等侵入煤层，使增加煤层复杂程度，降低了煤层的可采性。

以岩浆为热源的变质作用，可分两种情况：一种是岩浆直接的侵入煤层，形成岩墙、岩脉、岩床。

高温岩浆及其挥发性气体促使煤发生变质，煤级提高或形成天然焦，但一般侵入岩浆规模小，冷却快，影响的煤的范围有限。

另一种是在煤盆地中发育了强烈的岩浆活动，基底存在大规模的岩浆岩体，其影响范围大。

由于促使煤变质的热源是多种多样的，因而构成了不同的煤变质作用类型。

在不同的地质条件下，一个煤田的煤在普遍的进行深成变质作用之外，还可能经受了一种或一种以上其他类型的煤变质作用，也可以不止一次的经受了同一类型的变质作用，即叠加变质作用。

根据资料分析，本区煤层变质是在深成变质作用和区域岩浆热变质作用的基础上，受到岩浆侵入接触变质作用叠加的结果。

变质程度除距矿井南部基底岩浆岩体的距离有关之外，还与侵入体煤系煤层的侵入体产状、厚度、侵入位置、侵入层数、距岩浆侵入体距离等因素控制。

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。

5、对煤层影响程度分析火成岩侵入体分布在煤层的顶部或底部，特别是顶部更为发育，形成煤层的直接顶、底板或冲断煤层，破坏了煤层厚度的连续性或造成煤层的厚度损失，经统计在岩浆侵入范围内，各煤层厚度均有较大损失。

为了从量的角度来评价火成岩侵蚀区岩浆对煤层的影响程度，本次编制了各主采煤层的岩浆对煤层厚度影响程度图。

众所周知，岩浆对煤层的影响，主要是“挤劈”和“熔蚀”两种作用。

这两种作用均造成煤层物质成分的损失。

“挤劈”使煤层移位而导致煤层变薄，“熔蚀”则使煤层因脱挥发分和水一气作用而消亡或部分消失。

就量而言，煤的物质损失程度反映了岩浆对煤层的影响程度。

煤的物质损失量可以用残留物质的多少予以衡量。

残留物质愈多，则损失量愈小；残留物质愈少，损失量则愈大。

这样就可以用残留物质的多少来度量岩浆对煤层的影响程度。

煤层受岩浆的“挤劈”和“熔蚀”作用而残留下来的物质主要是煤的各种热变物质。

6、岩浆侵入对煤层综合影响程度分区煤矿生产实践表明，侵入体在煤层中的分布，具有明显的分区规律。

根据距侵入中心的远近、侵入体的产状变化，并综合考虑岩浆侵入后对煤层的原生厚度破坏程度、煤的变质程度以及岩浆侵入区内的可采煤厚等各项指标，最终对四个主采煤层遭岩浆侵入的影响程度划分5个区域，即正常区、过渡区、一般影响区、严重影响区、极严重影响区。

由于四个主采煤层的厚度不同，岩浆侵入对其影响的程度划分依据也应该有所区别：3、5、7煤层本身平均厚度就较薄，分区时主要考虑的指标为煤焦比指标β值的大小，再综合煤层厚度破坏指标及可采厚度的大小；而1煤层的平均厚度大，即使受岩浆侵入以后，但局部地区煤层厚度仍在可采范围以内，故对其分区时考虑的主要指标为煤层厚度破坏指标α值大小和煤层可采厚度值。

综合以上三个主采煤层受岩浆侵蚀综合影响程度分区结果可得出以下结论：除正常区段内的煤层为今后主要开采的区段外，过渡区内也有着丰富的煤炭资源，今后生产中可对该区段内的地质情况加强探测，充分利用好该区的资源。

在一般影响区内由于煤层开始受岩浆侵入的影响，部分煤层开始变质为天然焦，从而降低了其利用价值，特别是3、5煤层本身就较薄，在岩浆侵入以后，可利用的煤厚就变得更薄，但1煤层由于本身厚度大，在该区域虽然部分的煤层变质为天然焦，但是残留的煤层厚度仍在可采范围以内。