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摘要：煤层厚度的变化是煤矿安全合理开采的重要影响因素之一。本文选取谢桥煤矿6煤层为主要研究对象，通过对地质资料整理与数据统计，总结矿区地质构造的发育特征；利用趋势面分析法研究煤层厚度的变化特征；将统计的煤层顶板30m厚度内顶板砂、泥岩的厚度值与煤层厚度值做相关性分析，同时绘制砂泥比等值线图，将其与煤层厚度等值线图进行对比分析，得到如下结论：谢桥矿6煤层厚度的整体变化主要受到沉积因素的影响，而区内高角度中小型正断层改造煤层局部厚度的变化。
关键词：煤层厚度，地质构造，砂泥比
1 矿区地质概况
谢桥矿地处淮南煤田潘谢矿区的西端，设计年产量906万吨。矿区主要含煤地层包括二叠系山西组与上、下石盒子组，地层总厚度约727m，可细分为七个含煤段。本文选取的6煤层位于下石盒子组的第二含煤段，段厚约116m，含煤系数达10%，共含6层可采煤层。该含煤段底部为含砾中粗砂岩，发育冲刷现象，其上发育一套花斑状泥岩、带状泥岩以及铝质泥岩；中部常见薄层状粉细砂岩、砂泥岩互层，具浑浊层理和底栖动物通道，含舌形贝化石。
2 矿区地质构造发育特征
谢桥煤矿位于淮南复向斜中部，陈桥背斜的南翼、谢桥向斜的北翼。总体上呈一走向近东西、向南倾斜的单斜构造。地层倾角一般10°～15°，虽局部地段发育有小的褶曲，造成地层起伏，但波幅较小，地层产状总体上变化不大，单斜构造特征明显。
井田内断层发育程度较低，规模较大的断层多为井田边界断层或发育在井田深部；且以北东、北北东向斜切的高角度中小型正断层为主，偶见其它走向断层，逆断层发育极少。南部边界F202、F206断层为两条逆冲推覆断层，属阜风推覆构造前缘叠瓦扇，两断层间夹块厚100～200m，夹块内构造复杂，造成井田深部局部地段含煤地层叠置；发育于井田深部的谢桥向斜的枢纽向东部仰起，向西倾斜，使得井田东段深部近向斜轴部的煤层走向由近东西转向南东。
3 矿区6煤层厚度发育特征
3.1 6煤层厚度发育的一般特征
矿区内6煤层具有西厚南薄的整体分布特征，西部靠近边界厚度达4m以上，最厚部位达到6m，煤厚帶的长轴方向近南北向；中部煤层厚度分布较均匀，存在一个长轴方向为北东东向的相对厚煤带；东端出现局部厚度小于0.5m的相对薄煤带。
3.2趋势面分析及其主要步骤
1）初始数据处理
数据中的大地坐标值X、Y与煤层真厚度值数量级较大的差距造成正规方程组病态，数据溢出，甚至导致数据的计算失去意义。故首要工作是对数据做无量纲处理。
2）趋势面方程建立
建立1-5次趋势面方程（如表1所示），方程中X、Y为无量纲处理后的大地经纬坐标，C代表煤层的厚度值，ai为方程所设待定系数。将第一步处理后的数据代入方程，利用matlab 2013a求得趋势面方程的参数。
3）趋势面方程的拟合度
拟合度D为衡量所设趋势面方程的对所研究地质问题模拟的准确度。求取公式如下：
式中：C为趋势面的拟合度；SSR为趋势面的回归平方和；SSD为趋势面剩余平方和；SST为趋势面的离差平方和。
3.3 煤层厚度趋势面分布特征
经上述趋势面分析步骤获得1-5次趋势面方程，比较不同拟合方程选择拟合度最高的5次趋势方程（拟合度为48%）。煤层厚度具有由西至东减薄的趋势，煤层厚度北部相对南部要薄，而北部煤层厚度更加稳定。但矿区不同部位变化速率不一致，依据这种差异性以西部趋势值为3的等值线以及东部趋势值2的等值线，将矿区划分为西部、中部与东部三个变化区域。其中矿区西部煤层厚度变化梯度较大，中部煤层厚度分布均匀，东部煤层厚度变化梯度相对较小。
趋势面分析中煤层厚度的实际厚度值是趋势值与残差值之和。残差值反应的是煤层厚度因地质因素引起的局部变化。矿区存在三个负异常区，集中分布于东部与中部，表明该区内煤层厚度值相对趋势值减小；正异常区平面上呈横放的反“S”形穿过整矿区。从上述分析局部与区域的煤层厚度的变化特征分析6煤层厚度变化并不具有明显的规律性。
矿区内由地质构造因素引起煤层厚度的局部与区域的变化带往往具有一定的特征。一般变化带在宏观上具有与地质构造轴线具有一致性。而矿区煤层厚度的变化不成带状分布，规律性较差，且与地质构造在分布上没有关联性。因此从宏观角度分析，地质构造并不是煤层厚度变化的主要控制因素。冯增昭（2004年）再恢复某时期沉积层段沉积环境时该层段的厚度、岩石类型等均可作为单因素反映特定的沉积环境。矿区以下三角州的河控沉积为主，此类沉积发育一套粒度变化的碎屑沉积岩。碎屑沉积岩的粒度往往指示煤层成煤期的沉积环境。
4 煤层厚度变化的影响分析
4.1 整体煤层厚度变化的影响分析
通过初步分析认定煤层厚度变化的主要控制因素应为沉积环境的影响。因此，笔者选取矿区内75个钻孔，并分别对6煤层顶板30m内的砂岩与泥岩厚度进行统计，试图通过定量的角度建立沉积环境与煤层厚度变化之间的对应关系。对6煤层厚度与统计所得的砂、泥岩厚度值分别做相关性分析，结果显示煤层厚度值分别与二者成正相关与负相关的关系，当泥岩厚度较大时表明此时成煤环境更加稳定，而砂岩往往指示动荡的水环境，不利于泥炭层的堆积，甚至出现河道砂体对泥炭层的原生或后生冲刷，使得煤层厚度大大减薄甚至出现无煤带。
4.2 局部煤层厚度变化的影响分析
煤层在含煤地层中属于软弱层，在应力作用下易发生赋存状态的变化，包括煤层埋藏深度、煤体结构以及产状等变化。在平面上往往形成沿断层走向线展布的煤层厚度变化带。研究区内主要发育高角度的中小型正断层，断层附近应力集中，煤层厚度在应力作用下往往发生局部变化。
5 结论
1）矿区内6煤层厚度整体具有由西至东减薄的趋势，西部煤层厚度变化梯度较大，中部煤层厚度均匀，东部变化梯度相对较小。区内煤层厚度北部相对南部要薄，但北部煤层厚度更加稳定。煤层局部增厚区平面上横放的“S”形条带展布。
2）谢桥矿6煤层整体厚度展布特征与矿区顶板30m厚度内砂泥比小于0.5的区域分布具有一致性，而与矿区地质构造线不一致。表明煤层整体厚度变化特征主要受到沉积作用的影响。此外，矿区内中小型的高角度正断层控制煤层局部的厚度变化规律，张剪或伸展性的断层作用于煤层形成沿断层走向的增厚或减薄带。
参考文献：
[1]何幼斌，罗进雄.中上扬子地区晚二叠世长兴期岩相古地理[J].古地理学报，2010，05（12）：497-514.
关键词：煤层厚度，地质构造，砂泥比
1 矿区地质概况
谢桥矿地处淮南煤田潘谢矿区的西端，设计年产量906万吨。矿区主要含煤地层包括二叠系山西组与上、下石盒子组，地层总厚度约727m，可细分为七个含煤段。本文选取的6煤层位于下石盒子组的第二含煤段，段厚约116m，含煤系数达10%，共含6层可采煤层。该含煤段底部为含砾中粗砂岩，发育冲刷现象，其上发育一套花斑状泥岩、带状泥岩以及铝质泥岩；中部常见薄层状粉细砂岩、砂泥岩互层，具浑浊层理和底栖动物通道，含舌形贝化石。
2 矿区地质构造发育特征
谢桥煤矿位于淮南复向斜中部，陈桥背斜的南翼、谢桥向斜的北翼。总体上呈一走向近东西、向南倾斜的单斜构造。地层倾角一般10°～15°，虽局部地段发育有小的褶曲，造成地层起伏，但波幅较小，地层产状总体上变化不大，单斜构造特征明显。
井田内断层发育程度较低，规模较大的断层多为井田边界断层或发育在井田深部；且以北东、北北东向斜切的高角度中小型正断层为主，偶见其它走向断层，逆断层发育极少。南部边界F202、F206断层为两条逆冲推覆断层，属阜风推覆构造前缘叠瓦扇，两断层间夹块厚100～200m，夹块内构造复杂，造成井田深部局部地段含煤地层叠置；发育于井田深部的谢桥向斜的枢纽向东部仰起，向西倾斜，使得井田东段深部近向斜轴部的煤层走向由近东西转向南东。
3 矿区6煤层厚度发育特征
3.1 6煤层厚度发育的一般特征
矿区内6煤层具有西厚南薄的整体分布特征，西部靠近边界厚度达4m以上，最厚部位达到6m，煤厚帶的长轴方向近南北向；中部煤层厚度分布较均匀，存在一个长轴方向为北东东向的相对厚煤带；东端出现局部厚度小于0.5m的相对薄煤带。
3.2趋势面分析及其主要步骤
1）初始数据处理
数据中的大地坐标值X、Y与煤层真厚度值数量级较大的差距造成正规方程组病态，数据溢出，甚至导致数据的计算失去意义。故首要工作是对数据做无量纲处理。
2）趋势面方程建立
建立1-5次趋势面方程（如表1所示），方程中X、Y为无量纲处理后的大地经纬坐标，C代表煤层的厚度值，ai为方程所设待定系数。将第一步处理后的数据代入方程，利用matlab 2013a求得趋势面方程的参数。
3）趋势面方程的拟合度
拟合度D为衡量所设趋势面方程的对所研究地质问题模拟的准确度。求取公式如下：
式中：C为趋势面的拟合度；SSR为趋势面的回归平方和；SSD为趋势面剩余平方和；SST为趋势面的离差平方和。
3.3 煤层厚度趋势面分布特征
经上述趋势面分析步骤获得1-5次趋势面方程，比较不同拟合方程选择拟合度最高的5次趋势方程（拟合度为48%）。煤层厚度具有由西至东减薄的趋势，煤层厚度北部相对南部要薄，而北部煤层厚度更加稳定。但矿区不同部位变化速率不一致，依据这种差异性以西部趋势值为3的等值线以及东部趋势值2的等值线，将矿区划分为西部、中部与东部三个变化区域。其中矿区西部煤层厚度变化梯度较大，中部煤层厚度分布均匀，东部煤层厚度变化梯度相对较小。
趋势面分析中煤层厚度的实际厚度值是趋势值与残差值之和。残差值反应的是煤层厚度因地质因素引起的局部变化。矿区存在三个负异常区，集中分布于东部与中部，表明该区内煤层厚度值相对趋势值减小；正异常区平面上呈横放的反“S”形穿过整矿区。从上述分析局部与区域的煤层厚度的变化特征分析6煤层厚度变化并不具有明显的规律性。
矿区内由地质构造因素引起煤层厚度的局部与区域的变化带往往具有一定的特征。一般变化带在宏观上具有与地质构造轴线具有一致性。而矿区煤层厚度的变化不成带状分布，规律性较差，且与地质构造在分布上没有关联性。因此从宏观角度分析，地质构造并不是煤层厚度变化的主要控制因素。冯增昭（2004年）再恢复某时期沉积层段沉积环境时该层段的厚度、岩石类型等均可作为单因素反映特定的沉积环境。矿区以下三角州的河控沉积为主，此类沉积发育一套粒度变化的碎屑沉积岩。碎屑沉积岩的粒度往往指示煤层成煤期的沉积环境。
4 煤层厚度变化的影响分析
4.1 整体煤层厚度变化的影响分析
通过初步分析认定煤层厚度变化的主要控制因素应为沉积环境的影响。因此，笔者选取矿区内75个钻孔，并分别对6煤层顶板30m内的砂岩与泥岩厚度进行统计，试图通过定量的角度建立沉积环境与煤层厚度变化之间的对应关系。对6煤层厚度与统计所得的砂、泥岩厚度值分别做相关性分析，结果显示煤层厚度值分别与二者成正相关与负相关的关系，当泥岩厚度较大时表明此时成煤环境更加稳定，而砂岩往往指示动荡的水环境，不利于泥炭层的堆积，甚至出现河道砂体对泥炭层的原生或后生冲刷，使得煤层厚度大大减薄甚至出现无煤带。
4.2 局部煤层厚度变化的影响分析
煤层在含煤地层中属于软弱层，在应力作用下易发生赋存状态的变化，包括煤层埋藏深度、煤体结构以及产状等变化。在平面上往往形成沿断层走向线展布的煤层厚度变化带。研究区内主要发育高角度的中小型正断层，断层附近应力集中，煤层厚度在应力作用下往往发生局部变化。
5 结论
1）矿区内6煤层厚度整体具有由西至东减薄的趋势，西部煤层厚度变化梯度较大，中部煤层厚度均匀，东部变化梯度相对较小。区内煤层厚度北部相对南部要薄，但北部煤层厚度更加稳定。煤层局部增厚区平面上横放的“S”形条带展布。
2）谢桥矿6煤层整体厚度展布特征与矿区顶板30m厚度内砂泥比小于0.5的区域分布具有一致性，而与矿区地质构造线不一致。表明煤层整体厚度变化特征主要受到沉积作用的影响。此外，矿区内中小型的高角度正断层控制煤层局部的厚度变化规律，张剪或伸展性的断层作用于煤层形成沿断层走向的增厚或减薄带。
参考文献：
[1]何幼斌，罗进雄.中上扬子地区晚二叠世长兴期岩相古地理[J].古地理学报，2010，05（12）：497-514.