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摘 要：巷道掘进揭露煤层急剧冲刷、断裂构造、煤层地下露头时，煤层突然缺失，造成施工错误。造成煤层缺失的地质因素很多，而不同的地质因素所造成的无煤区域特征及发育规律又各有不同。只要正确判定不同地质因素所造成的无煤区的类型，并根据相应规律，利用相应资料，才能预测、圈定掘进巷道揭露无煤区的总体形态。
关键词：无煤区 特征 物探
中图分类号：TM628 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（a）-0107-03
济宁三号煤矿在生产实践中常揭露无煤区，而这些无煤区的特征、形态差异性很大，如果对无煤区判断失误，小则造成报废巷道，損失煤量；大则导致矿井开拓部署不合理。按照煤厚变化的理论，对这些无煤进行分析，按地质成因将无煤区分为冲刷、构造运动影响、沉积盆地边缘沉降三种，以期根据其不同特点，开展矿井地质工作，事先预测和查明可能出现的无煤区。
1 煤层冲刷无煤区
水流对煤化作用前的泥炭层或之后的煤层进行冲蚀造成煤层缺失，该种类型的无煤区主要受控于古河流。
在济宁煤田，石炭—二叠系发育的古河道是三角洲平原上分流河道系统，因此，河道的分支、小型水道及决口水道比较发育。河道总趋势是由北而南分布，河道的流向是从北往南。从河道发育的特点看，北部主河道发育，南部支流和小型水道发育。通过煤田及区域资料可以清楚地认识主河道的发育位置和特点。因为古河道冲刷除了主河道外，还发育若干个分支河道或沟渠、冲决扇、冲溢沟等小型的水道，这些小型的水道对已经堆积的泥炭也有冲刷作用。
在钻井资料和测井曲线上也可以比较容易地识别河道沉积（图1）。因为钻孔之间的范围还比较大，钻探对无煤区的确定只是一种相对范围的“圈定”，在较小的区域圈定古河道在平面上的分布还是是比较困难的，无煤区界线只能做定性地推测。在圈定较小的区域就要结合物探资料。物探的测网比较密集，控制程度大大提高。煤层缺失后，由于物性的改变，在时间剖面上，不再形成煤层反射波，即使形成煤层反射波，也是煤层相当层位的上、下岩性的微小物性差异形成的，一般比较弱。从煤层正常区到冲刷点，煤层反射波突然消失或转换，频率变高，弱相位增多（图2）。由此，利用反射波的这种信息关系，圈定了煤层冲刷缺失的范围。由于地震勘探精度限制，无煤区边界在物探剖面上的反映不一定很明显。
十六采区三维物探中在十六采区与十四采区的交界处KF76断层中部新发现一冲刷带，在163下00工作面掘进过程中，现场揭露该冲刷带。经过对比，采掘实际揭露与物探结果其冲刷带延伸方向吻合。
（1）16300辅顺。该巷道揭露冲刷无煤区前200 m范围内煤厚由6.2 m变薄至2.8 m，煤层直接顶泥岩冲刷缺失，老顶灰白色中砂岩与煤层冲刷接触，砂岩下部中含棱角状泥砾和煤线。揭露与冲刷面同向的正断层后，在14 m距离内，3下煤层厚度由2.6 m急剧冲刷缺失。
（2）16300运输巷。该巷道由冲刷无煤区向煤层掘进，冲刷区内为中砂岩，浅灰分，大型交错层理，成分以石英为主，长石次之，分选中等。巷道揭露煤岩接触面上发育磨光镜面，表现为与冲刷面同向的正断层。
（3）16300-1辅顺。该巷道由冲刷无煤区向煤层掘进。冲刷区内，该巷道为中砂岩，浅灰分，成分以石英为主，分选中等发育长石砂岩条带，距冲刷边界20 m砂岩发育棱角状泥砾和煤线，煤线稳定后10 m揭露与冲刷面同向的正断层，煤层由0.5 m增至 3.0 m。
冲刷无煤区特征为：形态受控于古河流，局部冲刷无煤区在总体上主要呈孤立的弯月形布于河道弯曲部位的凹岸一侧，冲刷深度在弯曲带中心较深，向两侧逐渐变浅；冲刷带边缘，由于煤岩岩性差异大，在受到构造力作用下，应力集中，产生与冲刷面同向的正断层；冲刷充填的岩性主要是砂岩，砂岩的层理、泥砾等沉积构造是良好的古水动力条件成因分析的标志，可以反映古河床冲刷的水流方向和本身的沉积环境；局部冲刷无煤冲刷区往往位于底质沉积物的高砂地带或旁侧；物探剖面图表现明显。
2 构造运动造成的局部煤层缺失
济三矿采掘实践中，3上煤层经常揭露由于构造运动造成宽数米至几十米的煤层缺失。18304辅顺揭露无煤区时，煤厚变化异常，厚煤层与薄煤层相间布置，厚煤层两侧伴生薄煤带及无煤区。该巷道对应的地震剖面图上3上煤层无煤区反射波同相轴连续，振幅较正常煤层明显减弱，在反映煤层厚度的拉平图上颜色对比明显。地质人员结合现场情况，在拉平图上圈定十八3上煤无煤区，并在183上05工作面的掘进、183上04工作面回采中得到验证。无煤区平面上宽度19～69 m、轴向1788 m，走向与该区域断层走向及煤层走向小角度斜交局部平行。
无煤区域边缘滑动面发育，煤层与顶底板构造不协调，煤岩接触面局部呈锯齿状，既有岩石插入煤层中，又有煤层挤入岩石裂隙内。这反映了在高围岩压力情况下，煤层具有较强的塑性形变能力，从构造应力大的部位向构造应力相对较弱的位置流变。
济三矿3上煤层厚度0～5.80 m，平均1.21 m。大部为中厚煤层，煤层厚度不稳定，煤厚变异系数（γ）57.9%。3上煤层煤层直接顶、直接底为泥岩、粉砂岩等易塑性变形的岩层，且伪顶、伪底发育，老顶为细砂岩，老底为中砂岩。在岩性组合中，泥岩、煤层的粘结力弱且内摩擦角小，弹性模量比砂岩小的多（钻孔资料：老顶板细砂岩弹性模量3.91×105，老底中砂岩弹性模量6.45×105，直接顶、底泥岩弹性模量1.48×105），可视为软弱夹层。在地质构造变动中，由于软弱层与其围岩在应变上的差异，软弱岩层往往产生滑动变形甚至塑性流动以适应围岩的形变，软弱岩层则易成为层间滑动的主滑面或滑移带，造成煤层的局部缺失。
构造无煤区特征为：主要发育在特定岩性组合的中厚煤层；伴生的次级褶皱，增厚、变薄等现象相当普遍；分布形态受控于构造应力，可以利用构造分析方法对该无煤区域进行圈定；在物探平面图上表现明显，实践证明在煤层拉平图上圈定构造无煤区是可行的。 3 沉积盆地边缘造成煤层尖灭
在区域上，济宁三号煤矿3煤沉积期位于大型陆表海盆地的东南缘，矿井东南边缘为沉积边缘。由于地质运动作用煤层在矿井东南部发育地下露头不整合于上覆山西组上段和下石盒子组陆相盆地沉积地层（该地层不含煤）。
根据勘探资料53下11胶顺南端将揭露沉积盆地边缘，该巷道临近无煤区边缘时有一些特征：（1）煤层倾角加大，由一般的4°～6°加大至14°；（2）煤层开始分层；（3）煤层顶板由完整性较好的灰白色中砂岩相变成杂色泥岩并出现顶板淋水；（4）煤层光泽变暗淡，在相距80 m分别采三个煤层煤样化验的灰分A点为7.68%，B点上分层灰分为14.24%，C点上分层为22.36%。
还原沉积环境，认为由于处于盆地边缘，受古地理环境控制，沉积泥炭层向向高处逐渐变薄，以至尖灭、基底沉降的差异时，在沉降速度超过泥炭堆积速度的地段，则导致泥炭层分岔、尖灭。沉积的植物质在缺水的条件下，被氧化为腐殖质土壤，以后转变为炭质泥岩。在地震资料中，由于反射波族之间的角度，这种由侵蚀作用和非沉积作用产生的不整合面反射波通常很容易辨识。地下露头相对于它上覆地层，反射波的性质可能会横向变化，故反射波特征通常沿测线变化，有时甚至完全反转极性。
该类型无煤区特征为：发育在古盆地边缘；煤层结构复杂，可能发育多次夹矸甚至发叉；煤质变化明显，煤层及顶板有氧化、风化迹象；物探上表现为地下露头。
4 几点认识
（1）了解掌握区域地质。矿井地质是区域地质不可分割的部分，两者是局部与整体的关系。古沉积环境控制煤层的沉积和冲刷，构造应力场控制构造运动。要揭示无煤区地质现象的内在联系和规律性，就不能孤立地研究局部而忽略整体，必须把矿井地质与区域地质紧密地结合起来。以便在考虑矿井地质问题时予以注意。
（2）通过勘探、采掘生产揭露对无煤区确定是一个逐步精确的过程。比较而言，钻探对无煤区的确定只是一种相对范围的“圈定”，因为钻孔之间的范围还比较大，无煤区界线要靠推测确定。物探的测网比较密集，控制程度大大提高，但无煤区边界在物探剖面上的反映不一定很明显。应充分利用生产揭露的地質资料，、对三维物探资料反演，充分挖掘三维数据体信息，不断对物探资料进行再认识再修改。
（3）现场揭露无煤区，虽然形态各异，但其发生不是孤立的，现场认识要按照由点到面，由己知到未知，由个别到一般的认识规律，不断地积累资料、总结规律。
参考文献
[1] 朱筱敏.沉积岩石学[M].石油工业出版社，2008.
[2] 李增学，魏久传，王明镇，等.华北陆表海盆地南部层序地层分析[M].地质出版社，1998（12）.
[3] 李增学，魏久传，余继峰，等.海侵事件与海侵成煤机制研究[M].地质出版社，2010（4）.
关键词：无煤区 特征 物探
中图分类号：TM628 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（a）-0107-03
济宁三号煤矿在生产实践中常揭露无煤区，而这些无煤区的特征、形态差异性很大，如果对无煤区判断失误，小则造成报废巷道，損失煤量；大则导致矿井开拓部署不合理。按照煤厚变化的理论，对这些无煤进行分析，按地质成因将无煤区分为冲刷、构造运动影响、沉积盆地边缘沉降三种，以期根据其不同特点，开展矿井地质工作，事先预测和查明可能出现的无煤区。
1 煤层冲刷无煤区
水流对煤化作用前的泥炭层或之后的煤层进行冲蚀造成煤层缺失，该种类型的无煤区主要受控于古河流。
在济宁煤田，石炭—二叠系发育的古河道是三角洲平原上分流河道系统，因此，河道的分支、小型水道及决口水道比较发育。河道总趋势是由北而南分布，河道的流向是从北往南。从河道发育的特点看，北部主河道发育，南部支流和小型水道发育。通过煤田及区域资料可以清楚地认识主河道的发育位置和特点。因为古河道冲刷除了主河道外，还发育若干个分支河道或沟渠、冲决扇、冲溢沟等小型的水道，这些小型的水道对已经堆积的泥炭也有冲刷作用。
在钻井资料和测井曲线上也可以比较容易地识别河道沉积（图1）。因为钻孔之间的范围还比较大，钻探对无煤区的确定只是一种相对范围的“圈定”，在较小的区域圈定古河道在平面上的分布还是是比较困难的，无煤区界线只能做定性地推测。在圈定较小的区域就要结合物探资料。物探的测网比较密集，控制程度大大提高。煤层缺失后，由于物性的改变，在时间剖面上，不再形成煤层反射波，即使形成煤层反射波，也是煤层相当层位的上、下岩性的微小物性差异形成的，一般比较弱。从煤层正常区到冲刷点，煤层反射波突然消失或转换，频率变高，弱相位增多（图2）。由此，利用反射波的这种信息关系，圈定了煤层冲刷缺失的范围。由于地震勘探精度限制，无煤区边界在物探剖面上的反映不一定很明显。
十六采区三维物探中在十六采区与十四采区的交界处KF76断层中部新发现一冲刷带，在163下00工作面掘进过程中，现场揭露该冲刷带。经过对比，采掘实际揭露与物探结果其冲刷带延伸方向吻合。
（1）16300辅顺。该巷道揭露冲刷无煤区前200 m范围内煤厚由6.2 m变薄至2.8 m，煤层直接顶泥岩冲刷缺失，老顶灰白色中砂岩与煤层冲刷接触，砂岩下部中含棱角状泥砾和煤线。揭露与冲刷面同向的正断层后，在14 m距离内，3下煤层厚度由2.6 m急剧冲刷缺失。
（2）16300运输巷。该巷道由冲刷无煤区向煤层掘进，冲刷区内为中砂岩，浅灰分，大型交错层理，成分以石英为主，长石次之，分选中等。巷道揭露煤岩接触面上发育磨光镜面，表现为与冲刷面同向的正断层。
（3）16300-1辅顺。该巷道由冲刷无煤区向煤层掘进。冲刷区内，该巷道为中砂岩，浅灰分，成分以石英为主，分选中等发育长石砂岩条带，距冲刷边界20 m砂岩发育棱角状泥砾和煤线，煤线稳定后10 m揭露与冲刷面同向的正断层，煤层由0.5 m增至 3.0 m。
冲刷无煤区特征为：形态受控于古河流，局部冲刷无煤区在总体上主要呈孤立的弯月形布于河道弯曲部位的凹岸一侧，冲刷深度在弯曲带中心较深，向两侧逐渐变浅；冲刷带边缘，由于煤岩岩性差异大，在受到构造力作用下，应力集中，产生与冲刷面同向的正断层；冲刷充填的岩性主要是砂岩，砂岩的层理、泥砾等沉积构造是良好的古水动力条件成因分析的标志，可以反映古河床冲刷的水流方向和本身的沉积环境；局部冲刷无煤冲刷区往往位于底质沉积物的高砂地带或旁侧；物探剖面图表现明显。
2 构造运动造成的局部煤层缺失
济三矿采掘实践中，3上煤层经常揭露由于构造运动造成宽数米至几十米的煤层缺失。18304辅顺揭露无煤区时，煤厚变化异常，厚煤层与薄煤层相间布置，厚煤层两侧伴生薄煤带及无煤区。该巷道对应的地震剖面图上3上煤层无煤区反射波同相轴连续，振幅较正常煤层明显减弱，在反映煤层厚度的拉平图上颜色对比明显。地质人员结合现场情况，在拉平图上圈定十八3上煤无煤区，并在183上05工作面的掘进、183上04工作面回采中得到验证。无煤区平面上宽度19～69 m、轴向1788 m，走向与该区域断层走向及煤层走向小角度斜交局部平行。
无煤区域边缘滑动面发育，煤层与顶底板构造不协调，煤岩接触面局部呈锯齿状，既有岩石插入煤层中，又有煤层挤入岩石裂隙内。这反映了在高围岩压力情况下，煤层具有较强的塑性形变能力，从构造应力大的部位向构造应力相对较弱的位置流变。
济三矿3上煤层厚度0～5.80 m，平均1.21 m。大部为中厚煤层，煤层厚度不稳定，煤厚变异系数（γ）57.9%。3上煤层煤层直接顶、直接底为泥岩、粉砂岩等易塑性变形的岩层，且伪顶、伪底发育，老顶为细砂岩，老底为中砂岩。在岩性组合中，泥岩、煤层的粘结力弱且内摩擦角小，弹性模量比砂岩小的多（钻孔资料：老顶板细砂岩弹性模量3.91×105，老底中砂岩弹性模量6.45×105，直接顶、底泥岩弹性模量1.48×105），可视为软弱夹层。在地质构造变动中，由于软弱层与其围岩在应变上的差异，软弱岩层往往产生滑动变形甚至塑性流动以适应围岩的形变，软弱岩层则易成为层间滑动的主滑面或滑移带，造成煤层的局部缺失。
构造无煤区特征为：主要发育在特定岩性组合的中厚煤层；伴生的次级褶皱，增厚、变薄等现象相当普遍；分布形态受控于构造应力，可以利用构造分析方法对该无煤区域进行圈定；在物探平面图上表现明显，实践证明在煤层拉平图上圈定构造无煤区是可行的。 3 沉积盆地边缘造成煤层尖灭
在区域上，济宁三号煤矿3煤沉积期位于大型陆表海盆地的东南缘，矿井东南边缘为沉积边缘。由于地质运动作用煤层在矿井东南部发育地下露头不整合于上覆山西组上段和下石盒子组陆相盆地沉积地层（该地层不含煤）。
根据勘探资料53下11胶顺南端将揭露沉积盆地边缘，该巷道临近无煤区边缘时有一些特征：（1）煤层倾角加大，由一般的4°～6°加大至14°；（2）煤层开始分层；（3）煤层顶板由完整性较好的灰白色中砂岩相变成杂色泥岩并出现顶板淋水；（4）煤层光泽变暗淡，在相距80 m分别采三个煤层煤样化验的灰分A点为7.68%，B点上分层灰分为14.24%，C点上分层为22.36%。
还原沉积环境，认为由于处于盆地边缘，受古地理环境控制，沉积泥炭层向向高处逐渐变薄，以至尖灭、基底沉降的差异时，在沉降速度超过泥炭堆积速度的地段，则导致泥炭层分岔、尖灭。沉积的植物质在缺水的条件下，被氧化为腐殖质土壤，以后转变为炭质泥岩。在地震资料中，由于反射波族之间的角度，这种由侵蚀作用和非沉积作用产生的不整合面反射波通常很容易辨识。地下露头相对于它上覆地层，反射波的性质可能会横向变化，故反射波特征通常沿测线变化，有时甚至完全反转极性。
该类型无煤区特征为：发育在古盆地边缘；煤层结构复杂，可能发育多次夹矸甚至发叉；煤质变化明显，煤层及顶板有氧化、风化迹象；物探上表现为地下露头。
4 几点认识
（1）了解掌握区域地质。矿井地质是区域地质不可分割的部分，两者是局部与整体的关系。古沉积环境控制煤层的沉积和冲刷，构造应力场控制构造运动。要揭示无煤区地质现象的内在联系和规律性，就不能孤立地研究局部而忽略整体，必须把矿井地质与区域地质紧密地结合起来。以便在考虑矿井地质问题时予以注意。
（2）通过勘探、采掘生产揭露对无煤区确定是一个逐步精确的过程。比较而言，钻探对无煤区的确定只是一种相对范围的“圈定”，因为钻孔之间的范围还比较大，无煤区界线要靠推测确定。物探的测网比较密集，控制程度大大提高，但无煤区边界在物探剖面上的反映不一定很明显。应充分利用生产揭露的地質资料，、对三维物探资料反演，充分挖掘三维数据体信息，不断对物探资料进行再认识再修改。
（3）现场揭露无煤区，虽然形态各异，但其发生不是孤立的，现场认识要按照由点到面，由己知到未知，由个别到一般的认识规律，不断地积累资料、总结规律。
参考文献
[1] 朱筱敏.沉积岩石学[M].石油工业出版社，2008.
[2] 李增学，魏久传，王明镇，等.华北陆表海盆地南部层序地层分析[M].地质出版社，1998（12）.
[3] 李增学，魏久传，余继峰，等.海侵事件与海侵成煤机制研究[M].地质出版社，2010（4）.