煤層沖刷概述

煤層在形成過(guò)程中或形成之后，因河流、海洋等流水的沖蝕或冰川的刨蝕，遭到的局部或全部的破壞。煤層被全部沖刷掉的地帶稱為“無(wú)煤帶”。煤層沖刷分為兩類：①同生沖刷(亦稱“層內(nèi)沖刷”)，沖刷作用是在泥炭層被上覆沉積物覆蓋之前進(jìn)行的，沖蝕的面積和深度都比較??；有時(shí)泥炭層在被覆蓋之前，泥炭沼澤遭受海水侵入并形成灰?guī)r頂板。由于海水反復(fù)的沖蝕．使泥炭層及轉(zhuǎn)變成的煤層頂面凸凹不平，而上覆的灰?guī)r頂板底面相應(yīng)地凹凸不平，這種頂板俗稱“蛤蟆頂”，見(jiàn)于山東、山西某些煤田。②后生沖刷，沖刷作用發(fā)生在泥炭層被上覆沉積物覆蓋之后，可以是在煤系沉積過(guò)程中或在煤系形成之后發(fā)生的，其中以后一種情況沖蝕的面積和切割一深度較大。沖刷帶附近的煤光澤變暗，灰分、水分增加，煤二層受到一定程度的破壞。煤層的沖刷給地質(zhì)勘探和開(kāi)采工作·j帶來(lái)很大困難，因此在勘探及礦井地質(zhì)工作中，要盡可能查≮明煤層沖刷的類型、范圍、大小及其特點(diǎn)和規(guī)律，并圈出無(wú)煤區(qū)。

對(duì)于生產(chǎn)煤礦來(lái)說(shuō)，煤層厚度變化是影響煤礦生產(chǎn)的重要地質(zhì)問(wèn)題。其成因主要有兩種，其一是由于構(gòu)造活動(dòng)造成的，如褶曲不同部位煤層厚度的變化，斷層上下盤(pán)煤厚的異別等。對(duì)這種煤厚變化的研究一般均結(jié)合對(duì)構(gòu)造的研究進(jìn)行。已有一定的研究經(jīng)驗(yàn)和成果；另外一種煤厚變化則是沉積或后期沖刷造成的，對(duì)這類煤層變化的研究，還處于探索階段。

本文借鑒美國(guó)學(xué)者J．C．Pe勱等提出的用于煤礦生產(chǎn)的沉積模式的基本思想，將古沉積環(huán)境分析與現(xiàn)代河流侵蝕規(guī)律相結(jié)合，在研究煤層頂板沉積特征的基礎(chǔ)上恢復(fù)煤層頂板沉積格架和古水道系統(tǒng)，結(jié)合鉆孔和采掘生產(chǎn)中揭露的煤層沖刷現(xiàn)象、沖刷帶形態(tài)、沖刷深度的變化特點(diǎn)及與主河道的形態(tài)關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)研究，并根據(jù)濟(jì)寧二號(hào)煤層礦的實(shí)際資料，提出了該區(qū)沖刷帶的預(yù)測(cè)模式。

煤層(泥炭層)遭受河流沖刷，沖刷部位被非煤巖體所替代，是一種常見(jiàn)的地質(zhì)現(xiàn)象。雖然煤層沖刷與地質(zhì)構(gòu)造并無(wú)必然的聯(lián)系，但是有時(shí)易與某些地質(zhì)構(gòu)造相混淆，因此，列入本章進(jìn)行討論，重點(diǎn)在于識(shí)別煤層沖刷現(xiàn)象的存在，確定其范圍與展布趨勢(shì)。這對(duì)于煤礦正常生產(chǎn)仍然是十分必要的。

煤層沖刷帶的地質(zhì)特征

煤層沖刷是一個(gè)沖刷一沉積的過(guò)程，即河流將煤層(泥炭層)沖蝕并攜帶走，隨之而來(lái)地發(fā)生非煤物質(zhì)的沉積。因此沉積及沉積物所反映的特征便是煤層沖刷帶的地質(zhì)特征。

1．巖性特征 煤層或與其頂板，甚至底板中出現(xiàn)的沖刷巖體主要是各種沉積相的砂巖或砂礫巖，其中以河流相占重要地位。一旦遇有此類現(xiàn)象，應(yīng)觀察其巖性，描述其層理、層頂?shù)酌嫣卣鳎ㄏ蚺帕刑卣?，以確定古河流水流方向及強(qiáng)度．，進(jìn)而判斷沖刷帶的大小和展布方向。

2．巖相特征 煤層遭受沖刷主要反映在突然的巖相變化(相變)，即沼澤相巖突然局部性地發(fā)育了河流相；或只是水動(dòng)力條件的突然變化。沖刷帶即河流所發(fā)育的部位，在平面上大都呈帶狀，有一定的寬度與深度，可以反映當(dāng)時(shí)河流發(fā)育的時(shí)間(原生或是后生)、規(guī)模與強(qiáng)度(下切深度)。

3．界面特征 沖刷帶與煤層之間的沖刷面大多數(shù)較平，也有呈犬牙錯(cuò)狀(剖面上)，

并且界面上沒(méi)有摩擦產(chǎn)生的痕跡，即擦痕，這是與斷層面的區(qū)別之一。

4．煤質(zhì)特征 近沖蝕部位的煤層，煤質(zhì)往往變得疏松，光澤較為暗淡，灰分也略有增高。

煤層沖刷煤層沖刷與層問(wèn)褶曲的關(guān)系

古河流沖刷了局部的煤層，而代之以砂巖、砂礫巖，這樣就在比較軟的煤層及其頂、底板巖層中形成一條剛性的條帶。在構(gòu)造變動(dòng)過(guò)程中，使煤層及其頂、底板沿著沖刷帶發(fā)生揉皺，形成層間褶曲，嚴(yán)重時(shí)則造成構(gòu)造破壞帶。其特征是。寬度大，垂直位移小J構(gòu)造帶中煤層及巖石揉皺破碎嚴(yán)重，滑痕明顯，破碎巖石往往沿煤層的自然分層插入煤中，呈鋸齒狀，煤層厚度變化大。這是由于巖石在滑動(dòng)過(guò)程中，巖性比較軟弱的煤層及其頂、底板發(fā)生塑性變形的結(jié)果，表明此構(gòu)造非為斷裂所致。

煤層沖刷煤層沖蝕破壞與構(gòu)造斷失的關(guān)系

煤層沖蝕帶中的砂巖條帶附近，可以是斷裂構(gòu)造發(fā)育的場(chǎng)所，但是，當(dāng)斷層與較硬巖石(即砂巖帶)斜交時(shí)，它對(duì)斷裂的發(fā)展又起著一定的限制作用。有時(shí)，在巖層滑動(dòng)的影響下，可使沖刷接觸面上出現(xiàn)滑痕現(xiàn)象，特別是在沖刷深度大于煤厚的情況下，就可能會(huì)將沖刷帶誤判為斷層構(gòu)造。

煤層沖刷煤礦并下對(duì)煤層的沖蝕破壞與構(gòu)造斷失的判別

在煤系地層中沖積相巖層較多的礦井，對(duì)煤層的沖蝕破壞與斷層破壞的判別上，容易發(fā)生錯(cuò)誤。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)i煤礦井下判別煤層的沖蝕破壞與構(gòu)造斷失的標(biāo)志。 2100433B

沖刷腐蝕基本上屬湍流腐蝕范疇。相對(duì)速度愈高，流體中懸浮的固體顆粒愈多、愈硬，沖刷腐蝕愈嚴(yán)重。下圖為實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)用的沖刷腐蝕試驗(yàn)裝置。該裝置能模擬實(shí)際生產(chǎn)條件，較為實(shí)用，是一種費(fèi)用較低的評(píng)選泵和閥體材料的好方法。圖中表明，液體或漿液在114L的內(nèi)襯玻璃槽內(nèi)循環(huán)，并用泵直接送到轉(zhuǎn)盤(pán)試樣表面。槽內(nèi)也掛有試樣，用以比較轉(zhuǎn)盤(pán)承受低速和高速的影響。槽可采用敞口，也可用密封性的(主要用于揮發(fā)性有害介質(zhì))。槽上部的轉(zhuǎn)盤(pán)試樣裝置可替換一個(gè)靜止試樣箱，箱內(nèi)用一個(gè)小孔的隔板分隔為兩部分，噴射的液流沖刷在試樣上，同樣可在各種射流沖刷條件下取得磨耗腐蝕試驗(yàn)結(jié)果。如果將此試驗(yàn)裝置連接到實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備上，則可得到相當(dāng)于臺(tái)架試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果。

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結(jié)構(gòu)沒(méi)計(jì)與選材可以有效降低或避免沖刷腐蝕。設(shè)備、裝置與管道可以設(shè)計(jì)為能夠降低介質(zhì)沖擊流在金屬表面的速度與湍流的幾何流線形狀。采用大半徑的彎角、大直徑的管道和逐步改變流體方向的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)減輕沖刷腐蝕。適當(dāng)調(diào)整介質(zhì)（如pH值、溶解氧量）、使用緩蝕劑、采取鈍化處理都可以有效降低腐蝕程度。在沖刷腐蝕嚴(yán)重的部位設(shè)計(jì)使用容易更換、增厚的部件有時(shí)非常經(jīng)濟(jì)有效適用。當(dāng)設(shè)計(jì)與介質(zhì)的狀態(tài)不可改變時(shí)，選用抗腐蝕性較好的材料也會(huì)有效增強(qiáng)金屬表面相對(duì)介質(zhì)的穩(wěn)定性而避免沖刷腐蝕。