貴州省清鎮(zhèn)市新店西一勘查區(qū)煤層特征分析

（1.貴州省煤田地質(zhì)局113隊(duì)，貴陽(yáng) 550008; 2.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001;

3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

摘 要：新店西一勘查區(qū)位于貴州省清鎮(zhèn)市北部，區(qū)內(nèi)主要含煤地層為龍?zhí)督M，含煤8層，可采煤層有9#、13#煤層2層?？刹擅簩虞^厚區(qū)域集中分區(qū)內(nèi)中東部，煤層對(duì)比可靠。9#煤層多以粉粒狀為主，少量碎塊狀、粒狀，13#煤層則多以碎塊狀、粒狀為主，部分粉狀;煤層結(jié)構(gòu)主要為條帶～線理狀，似金屬光澤為主，斷口主要為參差狀，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，充填薄膜狀、網(wǎng)格狀、脈狀方解石，含較多黃鐵礦。宏觀煤巖類(lèi)型為半暗-半亮型;微觀煤巖類(lèi)型為微鏡惰煤;通過(guò)分析原煤化學(xué)性質(zhì)及工藝性質(zhì)，9#煤層和13#煤層分屬于中高硫煤和高硫煤;9#、13#煤層均屬于中灰煤、高熱值煤、特低揮發(fā)分煤。

關(guān)鍵詞：物理性質(zhì);煤巖特性;化學(xué)性質(zhì);工藝性質(zhì)

貴州省是我國(guó)的煤炭資源大省之一[1]，龍?zhí)督M是主要含煤是層。新店西一勘查區(qū)位于清鎮(zhèn)市北西部新店鎮(zhèn)境內(nèi)，直距清鎮(zhèn)市市區(qū)約37.5公里，行政區(qū)劃屬新店鎮(zhèn)管轄?？辈閰^(qū)南部有321國(guó)道通過(guò)，與黔西縣、站街鎮(zhèn)相通，站街鎮(zhèn)有S307省道公路至清鎮(zhèn)市，勘查區(qū)至站街鎮(zhèn)約31km，至清鎮(zhèn)市約49km，至貴陽(yáng)市74km，距新建的清鎮(zhèn)電廠7km?？辈閰^(qū)內(nèi)有多條村級(jí)公路與主要公路相通，交通方便。前人曾對(duì)新店西二勘查區(qū)和新店?yáng)|勘查區(qū)的斷裂構(gòu)造和煤質(zhì)特征做了基礎(chǔ)分析[2-4]，但尚未對(duì)新店西一勘查區(qū)的煤層特征進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)。為此，本文結(jié)合該區(qū)煤田地質(zhì)勘查基礎(chǔ)地質(zhì)資料與部分實(shí)驗(yàn)測(cè)試資料，探討了新店西一勘查區(qū)的煤層特征。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)處于位于楊子板塊川滇黔盆地，黔北隆起，屬遵義斷拱西南端一部分。從泥盆至石炭紀(jì)期間，研究區(qū)呈隆升格局，缺失沉積，僅早石炭世在東部山王廟至卸煤臺(tái)一帶有沉積區(qū)內(nèi)主要發(fā)育二疊系茅口組（P2m）、龍?zhí)督M（P3l）、長(zhǎng)興組（P3c），三疊系夜郎組（T1y）、茅草鋪組（T1m）以及第四系。其中含煤地層主要是龍?zhí)督M（P3l）。

研究區(qū)內(nèi)褶皺主要是莫老壩向斜（圖1），地層走向總體呈NNE～SSW向，傾向ES，地層傾角8～42°?？辈閰^(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要以北東向斷裂較為發(fā)育，勘查區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)斷層30條，主要集中在勘查區(qū)南部，其中：地面斷層20條，地下隱伏斷層10個(gè);正斷層20條，逆斷層9條。本勘查區(qū)內(nèi)逆斷層斷距較大，斷層中斷距大于50m的斷層達(dá)12條，一定程度上影響勘查區(qū)構(gòu)造形態(tài)和構(gòu)造復(fù)雜程度，破壞煤層的穩(wěn)定性和連續(xù)性，勘查區(qū)比較大的斷層有F1、F2、F24、F25，其都屬于邊界斷層，F(xiàn)1、F2發(fā)育于勘查區(qū)西北邊界處，傾向勘查區(qū)內(nèi)，對(duì)煤層有較大影響，F(xiàn)24、F25發(fā)育勘查區(qū)東南部，傾向勘查區(qū)外，對(duì)本勘查區(qū)煤層影響較小?？辈閰^(qū)內(nèi)無(wú)巖漿巖分布，煤系地層未受巖漿活動(dòng)影響。

2 可采煤層與煤層對(duì)比

研究區(qū)內(nèi)主要含煤地層為龍?zhí)督M，平均厚為177.98m，含煤11～16層，一般為12層。煤層總厚5.24～13.82m，平均9.74m，含煤系數(shù)5.50%。編號(hào)煤層有3#、5#、7#、8#、9#、13#、14#、15#共8層，可采煤層有9#、13#煤層2層，其中9#煤層為全區(qū)可采煤層，13#煤層為大部可采煤層，9#、13#煤層均屬較穩(wěn)定煤層。煤層總厚2.38～9.90m，平均6.17m，可采含煤系數(shù)3.50%。可采煤層發(fā)育特征詳見(jiàn)表1。

2.1 可采煤層

根據(jù)施工的鉆孔情況，并結(jié)合勘察資料分析，區(qū)內(nèi)主要含煤地層為龍?zhí)督M，編號(hào)煤層有3#、5#、7#、8#、9#、13#、14#、15#共8層，可采煤層有9#、13#煤層2層。煤層總厚5.24～13.82m，平均9.74m，含煤系數(shù)5.50%?？刹擅簩又?#為全區(qū)可采煤層，13#為大部可采煤層，煤層總厚2.38～9.90m，平均6.17m，可采含煤系數(shù)3.50%。

（1）9#煤層。9號(hào)煤層位于龍?zhí)督M中部，煤層全層厚度0.29～13.68m，平均厚度為3.76m;總面積28.51km2，采用厚度0.29～13.68m，平均采用厚度3.73m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含夾石0～6層，一般0～1層，巖性為炭質(zhì)泥巖或泥巖。頂板巖性以泥質(zhì)巖粉砂、泥巖為主，局部見(jiàn)細(xì)砂巖。底板巖性以粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，局部為粉砂巖。煤層厚度gt;3.5m的主要分布在研究區(qū)中部，成條帶狀（圖2a）。其中在zk1501受F1501-1正斷層影響，厚度變薄為0.52m，b1301孔受斷層影響變薄為0.29m。

（2）13#煤層。13號(hào)煤層煤層全層厚度0.10～3.19m，平均厚度為1.26m;總面積28.51km2，采用厚度0.10～2.84m，平均采用厚度1.17m。不可采范圍主要位于研究區(qū)南部（圖2b）。煤層厚度gt;1.3m的主要分布在研究區(qū)中部，成條帶狀，見(jiàn)圖4-5。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含夾石0～3層，一般0～1層，巖性為炭質(zhì)泥巖、泥巖或粉砂質(zhì)泥巖。煤層頂板巖性以泥質(zhì)粉砂巖、泥巖為主，局部見(jiàn)細(xì)砂巖。底板巖性以粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，局部為粉砂巖。

2.2 煤層對(duì)比

通過(guò)對(duì)煤巖層的物性特征、曲線的幅度異常、形態(tài)異常及特殊形態(tài)組合關(guān)系對(duì)比，在龍?zhí)督M內(nèi)共確立了6個(gè)標(biāo)志層，作為煤層對(duì)比的依據(jù)。（1）標(biāo)一（B1）。黑色，粉末狀，半亮型煤，位于煤系地層頂部，一般厚為0.10～1.52m，平均厚0.49m，全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育，該標(biāo)志層為進(jìn)入煤系的標(biāo)志，物性特征為高電阻率、低自然伽瑪、高伽瑪伽瑪反映。（2）標(biāo)二（B2）?；疑?，中厚層狀石灰?guī)r，位于煤系地層上部，一般厚為1.59～5.08m，平均厚2.55m，全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育，產(chǎn)少量腕足類(lèi)動(dòng)物化石，該標(biāo)志層距B1距離2.29～16.01m，平均距離6.91m，物性特征為高電阻率、低自然伽瑪、低伽瑪伽瑪反映。（3）標(biāo)三（B3）。位于煤系地層上部，巖性為灰色泥巖或泥灰?guī)r，中厚層狀，一般厚0.59～7.87m，平均厚3.84m，全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育;產(chǎn)少量動(dòng)物化石，該標(biāo)志層上距B2距離5.56～12.31m，平均距離10.70m，物性特征為高電阻率、低自然伽瑪、低伽瑪伽瑪反映。（4）標(biāo)四（B4）。距B3約7. 71～25.98m，平均15.15m，厚度約0.29～6.55m平均厚度2.96，全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育，產(chǎn)少量動(dòng)物化石。物性特征為高電阻率、低自然伽瑪反映。（5）標(biāo)五（B5）。位于龍?zhí)督M下部，為13#煤層的間接底板，巖性為灰色灰?guī)r或泥灰?guī)r，中厚層狀，一般厚0.65～4.62m，平均厚2.99m，全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育，產(chǎn)少量動(dòng)物化石。物性特征為高電阻率、低自然伽瑪、低伽瑪伽瑪反映。（6）標(biāo)六（B6）。位于龍?zhí)督M下部，為14#煤層的頂板，和B5成對(duì)出現(xiàn)，巖性為灰色灰?guī)r或泥灰?guī)r，中厚層狀，一般厚0.39～6.51m，平均厚3.54m，全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育，產(chǎn)少量動(dòng)物化石。該標(biāo)志層上距B5距離3.04～10.36m，平均距離6.82m，物性特征為高電阻率、低自然伽瑪、低伽瑪伽瑪反映。

通過(guò)對(duì)煤、巖層物性曲線對(duì)比：（1）3#煤層頂板為灰?guī)r，5#煤層底板為灰?guī)r，電阻率曲線的幅值均高于煤層幅值;另外，3# 和5#煤層之間有一層B2灰?guī)r，使得電阻率曲線在這一區(qū)段對(duì)稱(chēng)分布;自然伽馬曲線在這兩層煤的頂板處都表現(xiàn)為較高異常;伽馬伽馬曲線則以單劍峰狀反映（圖3，a為伽馬伽馬曲線，b為電阻率曲線，c為自然伽馬曲線，下圖同）。（2）9#煤層的間接頂板有一薄層灰?guī)r，電阻率曲線表現(xiàn)為小尖峰;自然伽馬曲線在煤層底板處以高幅值箱形反映（圖4）。（3）13#和14#煤層之間發(fā)育有兩層灰?guī)r，電阻率和自然伽馬曲線都以高于煤層幅值的箱形狀反映，厚度上小下大（圖5）。

3 煤質(zhì)特征

3.1 煤的物理性質(zhì)

研究區(qū)內(nèi)煤的顏色以黑色、褐黑色為主，9#煤層多為粉粒狀，少量碎塊狀、粒狀;13#煤層多以碎塊狀、粒狀為主，部分粉狀;各煤層結(jié)構(gòu)主要為條帶～線理狀，少量寬條帶狀;似金屬光澤為主，少量金屬光澤、金剛光澤;斷口主要為參差狀、平坦?fàn)?，少量貝殼狀、階梯狀;內(nèi)生裂隙較發(fā)育，偶見(jiàn)少量外生裂隙，充填薄膜狀、網(wǎng)格狀、脈狀方解石，含較多結(jié)核狀、透鏡狀、浸染狀、星散狀、團(tuán)塊狀黃鐵礦。9#煤層視相對(duì)密度為1.39～1.56t/m3，平均1.47t/m3;真想對(duì)密度1.48～1.60t/m3，平均1.53t/m3。13#煤層視相對(duì)密度1.57～1.57t/m3，平均1.57t/m3;真相對(duì)密度1.60～1.61t/m3，平均1.61t/m3（表2）。鏡煤最大反射率（R°max%）為2.50%～2.68%，平均為2.58%。煤層自上而下其反射率和顯微硬度呈逐漸遞增趨勢(shì)，煤質(zhì)變化階段為Ⅶ1階段（表2）。

3.2 煤巖類(lèi)型

（1）宏觀煤巖特征。9#煤層煤巖成分以亮煤為主，暗煤次之，夾少量鏡煤條帶，偶見(jiàn)透鏡狀及線理狀絲炭，煤巖類(lèi)型半亮型為主，少量半暗～半亮型;13#煤層煤巖成分亮煤為主，暗煤次之，夾少量鏡煤條帶，煤巖類(lèi)型半暗～半亮型。

（2）微觀煤巖特征。微觀煤巖組分主要分為有機(jī)組分和無(wú)機(jī)組分（表2）。鏡質(zhì)組含量為80.70%（13#）～90.24%（9#），平均為86.48%。常見(jiàn)基質(zhì)鏡質(zhì)體及透鏡狀、細(xì)條帶狀均質(zhì)鏡質(zhì)體，少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體及碎屑鏡質(zhì)體，偶見(jiàn)團(tuán)塊鏡質(zhì)體，膠質(zhì)鏡質(zhì)體，有的均質(zhì)鏡質(zhì)體可見(jiàn)到清晰的垂直裂紋。惰質(zhì)組含量為9.76%（9#）～19.30%（13#），平均為13.52%。多為透鏡狀或不規(guī)則狀半絲質(zhì)體、氧化絲質(zhì)體，次為碎屑惰質(zhì)體，少量微粒體，偶見(jiàn)粗粒體，分泌體分布于基質(zhì)鏡質(zhì)體中。

無(wú)機(jī)組分主要以粘土礦物為主，氧化物及硫化物次之，含少量的碳酸鹽礦物。無(wú)機(jī)組分含量為9.52%（9#）～15.69%（13#），平均為12.01%。粘土礦物多為團(tuán)塊狀、浸染狀產(chǎn)出，部分呈細(xì)分散狀、斑點(diǎn)狀散布于基質(zhì)鏡質(zhì)體中，少量呈細(xì)條帶狀、透鏡狀及充填胞腔，含量為6.38%～12.97%，平均為9.31%。硫化物主要為黃鐵礦，多呈微粒狀、球粒狀、細(xì)粒狀分散分布，部分呈莓粒狀集合體、結(jié)核狀產(chǎn)出，少量呈蜂窩狀及充填胞腔，亦見(jiàn)充填裂隙。其含量為0.58%（9#）～2.07%（13#），平均1.45%。氧化物成分以石英為主，多呈微細(xì)粒狀、細(xì)粒狀散布于基質(zhì)鏡質(zhì)體中，少量充填胞腔。含量為0.19%～1.47%，平均為0.92%。

由煤巖鑒定成果得知，各煤層的鏡質(zhì)體和惰質(zhì)體含量總和為100%，均大于95%，確定區(qū)內(nèi)可采煤層微觀煤巖類(lèi)型均為微鏡惰煤。

3.3 化學(xué)性質(zhì)

（1）工業(yè)分析。研究區(qū)9#煤層的原煤水分含量為0.42%～3.14%，平均1.31%，浮煤水分含量為0.58%～2.64%，平均1.21%;13#煤層的水分含量為0.42%～2.54%，平均 1.34%，浮煤水分含量為0.74%～1.93%，平均1.26%。9#煤層的原煤灰分產(chǎn)率為7.22%～30.25%，平均值為17.57%，為中灰煤[5];浮煤灰分產(chǎn)率為6.57%～11.14%，平均值為8.80%。原煤揮發(fā)分產(chǎn)率為6.12%～12.57%，平均值為9.98%;浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率5.76%～9.49%，平均值為8.43%，為特低揮發(fā)分煤;13#煤層的原煤灰分產(chǎn)率為10.33%～38.62%，平均值為22.63%，為中灰煤;浮煤灰分產(chǎn)率為8.17%～12.77%，平均值為10.07%。原煤揮發(fā)分產(chǎn)率為8.07%～12.28%，平均值為10.08%;浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率為7.59%～9.18%，平均值為8.07%，為特低揮發(fā)分煤[6]。9#煤層的固定碳含量為62.11%～84.83%，平均74.26%，13#煤層的固定碳含量為54.00%～82.43%，平均69.90%，本區(qū)可采煤層均為中高固定碳煤[7]。

（2）全硫。區(qū)內(nèi)可采煤層原煤全硫含量變化較大，折算前為0.94～8.08%，折算后為0.75～8.78%;浮煤全硫（St，d）：浮煤全硫含量最低為0.63%（13#），最高為3.01%（13#）。其中9#煤層原煤St，d含量平均值為2.66%（折算后），浮煤平均值為1.77%;13號(hào)煤層原煤St，d含量平均值為3.71%（折算后），浮煤平均值為1.70%，9#煤層為中高硫煤，13#煤層中高硫煤[8]。

（3）煤的發(fā)熱量。發(fā)熱量是評(píng)價(jià)煤炭質(zhì)量的重要指標(biāo)，尤其是動(dòng)力用煤。區(qū)內(nèi)可采煤層原煤干燥基高位發(fā)熱量（Qgr，d）為20.62～33.11MJ/Kg，平均為27.63 MJ/kg。其中9#煤層為23.48～33.11 MJ/Kg，平均為28.64MJ/Kg; 13#煤層為20.62～30.17 MJ/Kg，平均為26.62MJ/Kg;區(qū)內(nèi)9#、13#煤層均屬于高熱值煤（HQ）[9]。13#煤層為19.99～29.54MJ/Kg，平均為25.99MJ/Kg。浮煤干燥基高位發(fā)熱量（Qgr，d）為：9#煤層為33.41MJ/Kg;13#煤層為31.44MJ/Kg。

4 結(jié)論

（1）區(qū)內(nèi)含煤地層為龍?zhí)督M，含可采煤層2層。9#煤層厚度變化小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤質(zhì)變化小，全區(qū)可采，厚度變異系數(shù)45.38%，屬較穩(wěn)定煤層。13#煤層厚度變化小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大部分可采，厚度變異系數(shù)21.56%，屬較穩(wěn)定煤層。煤體結(jié)構(gòu)多為碎塊狀或粉粒狀為主，宏觀煤巖成分以亮煤為主，暗煤次之，煤巖類(lèi)型半暗～半亮型;微觀煤巖屬于微鏡惰煤。

（2）區(qū)內(nèi)可采煤層9#、13#均屬于中灰煤，9#煤層屬于中高硫煤、高熱穩(wěn)定性煤，13#煤層屬于高硫煤;9#、13#煤層均屬于高熱值煤、特低揮發(fā)分煤層。

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[7]MT/T561—2008，煤的固定碳分級(jí)[S].

[8]GB/T15224.2—2010，煤炭質(zhì)量分級(jí) 第2部分：硫分[S].

[9]GB/T15224.3—2010，煤炭質(zhì)量分級(jí) 第3部分：發(fā)熱量[S].

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：41330638，41402140）資助。

作者簡(jiǎn)介：任平（1983-），男，河南平頂山人，工程師，主要從事：煤層氣試井研究工作。