漳河井田地質(zhì)條件及煤層特征分析

陳黎明

（山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西長(zhǎng)治046011）

漳河井田地質(zhì)條件及煤層特征分析

陳黎明*

（山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西長(zhǎng)治046011）

根據(jù)漳河井田以往的地質(zhì)成果資料，結(jié)合野外地質(zhì)填圖及鉆孔揭露的地質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)漳河井田地層、構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件及煤層特征等進(jìn)行了較深入的分析，歸納出地質(zhì)及煤層特征，并對(duì)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度、水文地質(zhì)類型、工程地質(zhì)勘查類型進(jìn)行了分類，以期對(duì)今后煤礦的生產(chǎn)開采起到一定的指導(dǎo)意義。

礦井地質(zhì)；煤層；特征分析

漳河井田位于沁水煤田中東部，山西省襄垣縣西北夏店鎮(zhèn)、善福鄉(xiāng)、王村鎮(zhèn)一帶，中心部位距襄垣縣城約20km。井田地處太行山西麓，山西高原東南緣，地貌屬構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)；總體地勢(shì)西高東低，相對(duì)高差230m。井田呈不規(guī)則多邊形，南北長(zhǎng)約8km，東西寬約4km，總面積29.82km2。

井田東部與襄垣縣七一煤礦、花寶溝煤礦、三荊溝煤礦、襄垣煤礦相鄰，南部與夏店煤礦相鄰，西南部與石泉煤業(yè)相鄰。由于煤層埋藏較深，井田內(nèi)目前沒有生產(chǎn)礦井。

1　地質(zhì)特征

1.1地層

本井田位于沁水煤田東部邊緣，井田內(nèi)大部分地層被第四系中、上更新統(tǒng)松散層所覆蓋，僅在溝谷中有少量基巖零星出露。根據(jù)鉆孔揭露，井田內(nèi)發(fā)育地層由老至新依次為：古生界奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（O2s）及峰峰組（O2f）、石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）、石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、下石盒子組（P1x），二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）、石千峰組（P2sh），中生界三疊系劉家溝組（T1l）及新生界第四系（Q2+3）。

1.2地質(zhì)構(gòu)造

本井田位于沁水盆地東翼中段，晉—獲褶斷帶和武鄉(xiāng)—陽城凹褶帶之間，受區(qū)域構(gòu)造影響，井田內(nèi)發(fā)育總體形態(tài)為走向北北東、傾向北西的單斜構(gòu)造，在井田中東部發(fā)育有次級(jí)褶皺構(gòu)造。井田內(nèi)未見陷落柱和巖漿巖。

1.2.1褶皺

（1）前袁家溝向斜。該向斜北起南姚村東，向南經(jīng)前袁家溝村東、路家溝西、路家坪東、燕溝、北馬喊向南延伸出井田；平面形態(tài)呈“S”型，總體展布軸向接近南北向，兩翼傾角5°～21°，東翼較陡，西翼較為平緩，為不對(duì)稱向斜構(gòu)造。向斜核部地層為上石盒子組，全長(zhǎng)13.5km，區(qū)內(nèi)延伸5.5km。

（2）前袁家溝背斜。該背斜北起南姚村西，向南經(jīng)前袁家溝村西、泉溝、新莊、溝北、冀家?guī)X東，向南延伸出井田；平面形態(tài)呈“S”型，軸向接近南北，兩翼傾角4°～15°，南段樞紐波狀起伏。該背斜軸部出露地層為上石盒子組，全長(zhǎng)13.6km，區(qū)內(nèi)延伸6km。

1.2.2斷層

（1）王家溝斷層（F1）。該斷層為逆斷層，位于井田西部，南起九龍村西，向北經(jīng)前王家溝至圪塔頭村北止，全長(zhǎng)7km；平面形態(tài)呈“S”型，北段走向南北，傾向西，南段走向北東30°，傾向北西，傾角45°～61°，斷距20～60m，第6、7勘探線附近可見有次生斷裂，斷距10～22m。地表在王家溝中多處可見上石盒子組地層斷裂接觸和斷層擦痕。巖礦鑒定表明，其間地層有2次明顯重復(fù)現(xiàn)象。

（2）F2斷層。該斷層為逆斷層，位于井田中東部，走向北東25°，傾向北西，傾角45°，斷距5～25m。

1.3水文地質(zhì)條件

井田地處太行山西麓構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)無常年性地表水體，山間溝谷僅在雨季排泄洪水時(shí)形成溪流，持時(shí)較短。含水層根據(jù)巖性及藏水空間可劃分為5種類型。

1.3.1主要含水層特征

（1）中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層：井田內(nèi)廣泛分布。由于巖溶發(fā)育不均勻，地下水位變幅較大，富水性常因地而異。區(qū)域資料顯示，該含水層為承壓的強(qiáng)富水性含水層，水位標(biāo)高為676m。據(jù)鉆孔抽水資料表明，水質(zhì)類型為HCO3--Ca2+型。

（2）上石炭統(tǒng)太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層：井田內(nèi)分布廣泛，主要由K2、K3、K4、K5、K6五層石灰?guī)r組成，平均總厚度為13.97m。其含水性主要取決于裂隙巖溶的發(fā)育程度。據(jù)鉆孔抽水資料，單位涌水量q為0.00032L/（s·m），滲透系數(shù)K為0.0015m/d，水位標(biāo)高747.09m，水質(zhì)類型為HCO3--Na+型。該含水層屬承壓的弱含水層。

（3）下二疊統(tǒng)山西組、下石盒子組砂巖裂隙含水層：由K7砂巖及3號(hào)煤頂板砂巖等組成。其中K7砂巖為中—細(xì)粒砂巖，平均厚2.49m；3號(hào)煤頂板砂巖亦為中—細(xì)粒砂巖，平均厚22.44m。砂巖裂隙一般不發(fā)育，僅局部見有開口型裂隙。據(jù)鉆孔山西組抽水資料，單位涌水量q 為0.00047L/（s·m），滲透系數(shù)K為0.0019m/d，水位標(biāo)高為892.85m，水質(zhì)類型為HCO3-·SO42--Na+型。該含水層為承壓的弱富水性含水層。

（4）三疊系下統(tǒng)劉家溝組，二疊系上統(tǒng)上石盒子組、石千峰組碎屑裂隙含水層：該含水巖組在井田西部、中部及西南部均有出露，其中劉家溝組只在井田西部零星分布。地層厚度大于500m，主要含水巖性為中、細(xì)粒砂巖，地表出露及淺部含水層地下水多以潛水為主，直接接受大氣降水或經(jīng)第四系松散含水層下滲補(bǔ)給，動(dòng)態(tài)變化顯著。據(jù)鉆孔巖芯檢查，基巖越疏松，風(fēng)化裂隙深度就越大，但一般不超過基巖面下50m；而堅(jiān)硬巖類，風(fēng)化裂隙深度不超過基巖面下40m。該含水層富水性中等。

（5）第四系松散孔隙含水層：井田范圍內(nèi)分布廣泛，由砂質(zhì)粘土、砂土、粉砂及砂礫組成，受大氣降水及河水補(bǔ)給，富水性中等。

1.3.2主要隔水層特征

（1）上石炭統(tǒng)太原組底部及中石炭統(tǒng)本溪組隔水層：主要由具塑性的泥巖、鋁質(zhì)泥巖或粉砂質(zhì)泥巖組成，一般厚度變化較大。區(qū)域范圍內(nèi)阻隔其下伏含水層對(duì)上覆煤層開采的影響。

（2）二疊系砂巖含水層層間隔水層：主要由具塑性的泥巖、鋁質(zhì)泥巖組成，單層厚度一般大于2m，呈層狀分布于各含水層之間，阻隔其上、下含水層間的水力聯(lián)系。

1.3.3地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件

松散含水層主要直接接受大氣降水補(bǔ)給，松散含水層下的基巖風(fēng)化帶含水層一般接受其上覆含水層的補(bǔ)給，在局部地段，不同時(shí)間內(nèi)與松散含水層可互為補(bǔ)給。

上石盒子組（除風(fēng)化帶外）及下石盒子組、山西組、太原組含水層接受大氣降水的補(bǔ)給條件較差，與上覆含水層及下伏含水層均有一定厚度的隔水層相隔，水力聯(lián)系微弱。地下水運(yùn)動(dòng)一般以層間徑流為主，僅在構(gòu)造部位才與其它含水層直接發(fā)生水力聯(lián)系。

奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層在區(qū)內(nèi)隱伏于煤系地層之下，在構(gòu)造部位可通過導(dǎo)水通道接受其它含水層地下水的補(bǔ)給。區(qū)內(nèi)該含水層一般埋藏較深，地下水徑流相對(duì)緩慢。根據(jù)區(qū)域資料，該含水層在水文地質(zhì)單元中為徑流滯緩帶。

1.4工程地質(zhì)特征

1.4.13號(hào)煤層頂?shù)装?/p>

3號(hào)煤層直接頂板為黑色中砂巖及粉砂巖，厚6m左右，泥質(zhì)膠結(jié)，含白云母及植物化石，層理發(fā)育。局部地段有砂質(zhì)泥巖偽頂，厚0.3m左右，抗壓強(qiáng)度為15.9～40.8kg/cm2；基本頂為中粗粒石英砂巖，鈣質(zhì)膠結(jié)，抗壓強(qiáng)度為43.7kg/cm2，堅(jiān)硬致密，賦存穩(wěn)定。

3號(hào)煤層偽底為砂質(zhì)泥巖，厚1.85m，抗壓強(qiáng)度為16.5kg/cm2；直接底板為灰黑色砂質(zhì)泥巖，厚12m左右，賦存穩(wěn)定，局部含較厚細(xì)粒砂巖，巖相變化較大，抗壓強(qiáng)度為26.2kg/cm2，穩(wěn)定性較差；基本底為細(xì)粒砂巖，厚2.25m，抗壓強(qiáng)度為54.6kg/cm2，穩(wěn)定性較好。

1.4.215號(hào)煤層頂?shù)装?/p>

15號(hào)煤層偽頂為砂質(zhì)泥巖，厚1.65m，抗壓強(qiáng)度為28.9kg/cm2；直接頂板為深灰色黑色泥巖，厚7m左右，含黃鐵礦和菱鐵礦結(jié)核，局部相變?yōu)榉凵皫r和細(xì)粒砂巖，抗壓強(qiáng)度為4.4kg/cm2；基本頂為K2灰?guī)r，厚9m左右，巖石致密，夾燧石結(jié)核和團(tuán)塊，富含動(dòng)物化石，抗壓強(qiáng)度為36.7～58.6kg/cm2，堅(jiān)硬致密，賦存穩(wěn)定。

15號(hào)煤層直接底板為灰黑色砂質(zhì)泥巖，厚9m左右，賦存穩(wěn)定，局部含粉砂巖、細(xì)砂巖較高，抗壓強(qiáng)度為16.4kg/cm2，穩(wěn)定性較差。

2　煤層特征

本井田含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，含煤地層總厚158.40～186.10m，平均為172.66m，共含煤18層。

2.1含煤性

太原組為一套海陸交互相含煤地層，地層厚度為101.50～129.60m，平均厚116.44m，含煤15層，分別為5、6、7、8-1、8-2、9上、9、11、12、13、14、15-1、15-2、15-3、16號(hào)，煤層總厚4.06～9.84m，平均總厚6.48m，含煤系數(shù)為5.6%；可采煤層總厚0～6.71m，平均為2.92m，含煤系數(shù)為2.5%。其中15-3號(hào)煤層為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可采煤層，15-1號(hào)煤層為局部可采煤層，15-2號(hào)煤層僅見個(gè)別可采點(diǎn)，其它煤層為不穩(wěn)定或不可采煤層。

山西組為一套陸相含煤地層，地層厚度為48.80～69.20m，平均厚56.84m，含煤3層，分別為1、2、3號(hào)，煤層總厚4.39～7.68m，平均總厚6.08m，含煤系數(shù)為10.7%；可采煤層總厚4.39～7.23m，平均為5.74m，含煤系數(shù)為10.1%。其中3號(hào)煤層位于山西組中下部，厚度較大，含0～2層夾矸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是本井田主要可采煤層，其頂板為砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖；底板為細(xì)砂巖，有時(shí)為砂質(zhì)泥巖、泥巖。其余煤層不穩(wěn)定，為不可采煤層。

2.2可采煤層

井田內(nèi)可采煤層為山西組3號(hào)煤層和太原組15-1、15-3號(hào)煤層，現(xiàn)根據(jù)本井田揭露的地質(zhì)資料，結(jié)合相鄰礦井地質(zhì)資料，將井田內(nèi)可采的3、15-1、15-3號(hào)煤層分述如下：

3號(hào)煤層位于山西組中下部，下距可采煤層15-3號(hào)間距110m左右，屬全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。煤層厚2.47～6.34m，平均5.34m；純煤厚度2.22～6.15m，平均5.11m；含0～2層泥巖夾矸，夾矸厚0.05～0.40m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；在個(gè)別鉆孔中見3上煤層，厚1.84～2.48m，平均2.15m，為3號(hào)煤層的分叉煤層，分叉線位于井田西北部，分叉后上、下煤層均變薄。煤層頂板為砂質(zhì)泥巖、泥巖，局部為砂巖，底板為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖或砂巖。

15-1號(hào)煤層位于太原組下段中上部，煤層厚0～1.42m，平均0.76m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般不含夾矸。在井田中東部可采，井田西南部不可采，頂、底板均為泥巖砂質(zhì)泥巖，為較穩(wěn)定的局部可采煤層。

15-3號(hào)煤層位于太原組下段中下部，煤層厚0.50～2.97m，平均1.59m，純煤厚度0～2.36m，平均1.40m；煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含0～1層泥巖夾矸。煤層厚度穩(wěn)定，全井田大部可采。煤層頂、底板均為泥巖。屬穩(wěn)定型煤層。

3　結(jié)論

井田總體呈走向北北東、傾向北西的單斜構(gòu)造，地層平緩，發(fā)育寬緩的褶曲構(gòu)造2個(gè)，斷層2條，未發(fā)現(xiàn)陷落柱和巖漿巖存在，總體地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡(jiǎn)單類型。

井田內(nèi)除第四系松散孔隙含水層局部及二疊系上統(tǒng)石千峰組、上石盒子組碎屑裂隙含水層為中富水性，其余影響3、15號(hào)煤層開采的含水層均為弱富水性含水層。3號(hào)煤層底板標(biāo)高高于奧灰水位標(biāo)高，正常地段一般不會(huì)引起底板奧灰水突水，15號(hào)煤層奧灰底板突水系數(shù)在0.071～0.450MPa/m之間，大部分存在底板突水危險(xiǎn)。因此，3號(hào)煤層水文地質(zhì)勘查類型屬第二類第一型，即水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的以碎屑巖裂隙含水層為主的礦床；15號(hào)煤層水文地質(zhì)勘查類型屬第三類第二亞類第三型，即水文地質(zhì)條件復(fù)雜的底板進(jìn)水為主的碳酸鹽類巖溶充水礦床。

根據(jù)煤層頂?shù)装宓墓こ痰刭|(zhì)特征，3號(hào)、15號(hào)煤層工程地質(zhì)勘查類型均劃分為第三類中等型，即層狀巖類，以碎屑巖、碳酸鹽巖為主的巖類。層狀結(jié)構(gòu)，巖體各向異性，強(qiáng)度變化大。巖體穩(wěn)定性主要取決于層間軟弱面、構(gòu)造破碎及巖體風(fēng)化程度。地層巖性較復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，巖體中等完整，局部地段易發(fā)生礦山工程地質(zhì)問題。

井田內(nèi)可采煤層為山西組3號(hào)煤層和太原組15-1、15-3號(hào)煤層。3號(hào)煤層為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，15-1號(hào)煤層為較穩(wěn)定的局部可采煤層，15-3號(hào)煤層為穩(wěn)定大部可采煤層，其它煤層均為不穩(wěn)定不可采或零星可采煤層。

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P618.11

A

1004-5716（2016）01-0120-03

2014-12-19

陳黎明（1982-），男（漢族），湖南祁陽人，工程師，現(xiàn)從事煤田地質(zhì)相關(guān)工作。