寧武煤田潞寧井田侏羅系大同組煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及煤厚控制因素探討

尹偉強(qiáng)

（山西潞安礦業(yè)集團(tuán)有限公司地質(zhì)處，山西長(zhǎng)治046200）

寧武煤田潞寧井田侏羅系大同組煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及煤厚控制因素探討

尹偉強(qiáng)

（山西潞安礦業(yè)集團(tuán)有限公司地質(zhì)處，山西長(zhǎng)治046200）

潞寧井田位于寧武煤田寧?kù)o向斜軸部，主采煤層為侏羅系中統(tǒng)大同組上段湖泊沉積。文章依據(jù)地質(zhì)勘探及煤礦地質(zhì)成果，對(duì)潞寧井田侏羅系2、3號(hào)煤層穩(wěn)定性進(jìn)行了定性與定量分析評(píng)價(jià)。經(jīng)分析認(rèn)為潞寧井田煤層煤厚控制主要為湖泊沉積環(huán)境作用及后生河流沖刷作用。

潞寧井田；煤層穩(wěn)定性；煤厚；控制因素

潞寧井田位于山西中臺(tái)隆起中北部，呂梁斷隆北東部，寧?kù)o斷陷盆地中部，是山西六大煤田之一的寧武煤田重要的生產(chǎn)礦井，主采煤層為侏羅系2、3號(hào)煤，目前開(kāi)采侏羅系2號(hào)煤層。本文在煤田地質(zhì)成果基礎(chǔ)上，進(jìn)行煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上探討煤層煤厚控制因素，對(duì)于煤礦生產(chǎn)有著重要意義。

1 井田地質(zhì)構(gòu)造特征

潞寧井田位于寧武煤田中部，地表為大面積新生界黃土覆蓋，本井田地層由老到新分別為三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)組（T3y）、侏羅系中統(tǒng)大同組（J2d）、侏羅系中統(tǒng)云崗組（J2y）、侏羅系中統(tǒng)天池河組（J2t）、第四系上更新統(tǒng)（Q3）、第四系全新統(tǒng)（Q4）[1]。

圖1 2號(hào)煤層沖刷帶與煤層底板等高線

井田位于寧?kù)o向斜北中部偏北西翼，地層呈北東—南西向展布，寧?kù)o向斜軸通過(guò)井田?？傮w構(gòu)造為走向NE的向斜，地層傾角在2～16°。井田西部地層產(chǎn)狀較陡，達(dá)16°左右，在井田邊界外西北部煤層露頭區(qū)煤層傾角達(dá)36～45°。井田內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)大的斷層存在，未發(fā)現(xiàn)陷落柱、巖漿巖等構(gòu)造，井田東部、東南部分布有若干沖刷帶，見(jiàn)圖1。

2 含煤巖系

侏羅系大同組平行不整合于三疊系延長(zhǎng)組之上，為一套還原條件下的河湖相含煤建造，侏羅系大同組上段（J2d2-3）是井田內(nèi)主要含煤地層，位于云崗組底部砂巖K21標(biāo)志層之下。主要由灰色細(xì)?！屑?xì)粒砂巖夾泥巖，碳質(zhì)泥巖、粉砂巖、煤層組成。所含煤層上部為2號(hào)煤，位于大同組三段上部，上距云崗組底部K砂巖約15 m，頂板巖性多為炭質(zhì)泥巖、泥巖，局部為粉砂巖，底板巖性絕大部分為泥巖。煤層厚0～5.80 m，2號(hào)煤層均厚3.35 m。3號(hào)煤層位于大同組上段的三亞段中上部，上距2號(hào)煤層27.10～35.88 m，平均32.11 m。頂、底板巖性一般為泥巖，煤層厚0.13～1.90 m，均厚1.24 m[2]。

井田北部2、3號(hào)煤層存在露頭，煤層產(chǎn)生風(fēng)氧化現(xiàn)象。2號(hào)煤層為特低灰—高灰、特低硫—中硫分、中低熱值—特高熱值氣煤，%測(cè)定值平均0.77%。3號(hào)煤層為特低灰—高灰、特低硫—中高硫分、中低熱值—特高熱值氣煤，%測(cè)定值平均0.65%。同一煤層煤類(lèi)單一，煤質(zhì)分布略有差異。2號(hào)煤灰分表現(xiàn)為中部低、南北高，發(fā)熱量與灰分相反，南部硫分略高；3號(hào)煤灰分表現(xiàn)為北部較高，南部低，硫分分布特征與灰分特征相似[3]。見(jiàn)圖2，圖3。

圖2 2號(hào)煤灰分等值線

圖3 3號(hào)煤灰分等值線

3 煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1 定性評(píng)價(jià)

侏2號(hào)煤層煤厚變化規(guī)律表現(xiàn)為西厚東薄，北厚南薄。煤層的層位穩(wěn)定，厚度及煤質(zhì)有一定變化，煤類(lèi)單一；含0～1層夾矸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；全區(qū)煤層大部可采，屬大部可采的較穩(wěn)定型煤層。見(jiàn)圖4，圖5。

圖4 2號(hào)煤層煤厚等厚線

圖5 3號(hào)煤層煤厚等厚線

侏3號(hào)煤層煤厚變化規(guī)律為東北薄，南部較厚。煤層的層位穩(wěn)定，厚度與煤質(zhì)有一定變化，煤類(lèi)單一；煤層未見(jiàn)夾矸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；全區(qū)煤層大部可采，屬大部可采的較穩(wěn)定煤層。

3.2 定量評(píng)價(jià)

3.2.1 計(jì)算方法

依據(jù)相關(guān)規(guī)程，煤層可采性指數(shù)計(jì)算方法：

式中：Km為煤層可采性指數(shù)；n為參與煤層厚度評(píng)價(jià)的見(jiàn)煤點(diǎn)總數(shù)；n′為煤層厚度大于或等于可采厚度的見(jiàn)煤點(diǎn)數(shù)。

煤厚變異系數(shù)計(jì)算方法：

式中：γ為煤厚變異系數(shù)；M1為每個(gè)見(jiàn)煤點(diǎn)的實(shí)測(cè)煤層厚度；為煤礦（或分區(qū)）的平均煤層厚度；n為參與評(píng)價(jià)的見(jiàn)煤點(diǎn)數(shù)；S為均方差值[4]。

3.2.2 參數(shù)選用

2號(hào)煤層定量計(jì)算依據(jù)規(guī)定要求選用40個(gè)鉆孔資料，15個(gè)井下見(jiàn)煤點(diǎn)。其中36個(gè)鉆孔煤層厚度大于可采厚度，井下見(jiàn)煤點(diǎn)15個(gè)均大于可采厚度，平均煤厚為3.35 m，屬于中厚煤層[5]。

3號(hào)煤層定量計(jì)算依據(jù)規(guī)定要求選用41個(gè)鉆孔資料。其中39個(gè)鉆孔煤層厚度大于可采厚度，平均煤厚為1.24 m，屬于薄煤層，見(jiàn)表1。

表1 煤厚統(tǒng)計(jì)表

3.2.3 計(jì)算結(jié)果

2號(hào)煤層的可采性指數(shù)為92.7%，煤厚變異系數(shù)為0.41，定量評(píng)定為較穩(wěn)定煤層。

3號(hào)煤層的可采性指數(shù)為95.1%，煤厚變異系數(shù)為0.27，定量評(píng)定為穩(wěn)定煤層。

3.3 綜合評(píng)定

根據(jù)定性和定量評(píng)定結(jié)果，2號(hào)煤層變異系數(shù)雖較大，但仍然呈穩(wěn)定型產(chǎn)出，2號(hào)煤層評(píng)定為全區(qū)大部可采的較穩(wěn)定煤層。3號(hào)煤層評(píng)定為全區(qū)大部可采的穩(wěn)定煤層。

4 煤厚控制因素分析

一般認(rèn)為，煤層厚度變化是多種作用的結(jié)果，總體上受控于沉積體系，局部變化受河道砂體影響[6]，后期構(gòu)造作用對(duì)煤厚也有一定影響[7]。

4.1 沉積環(huán)境對(duì)煤層厚度的作用

潞寧井田所在的寧武煤田為湖泊三角洲的三角洲前緣相沉積，厚度變化較大。由于侏羅系沉積旋回導(dǎo)致的水位上升，湖面面積擴(kuò)大，形成湖相泥巖，此時(shí)泥炭沼澤不發(fā)育，煤層較薄，部分區(qū)域湖泊沉積覆蓋泥炭層形成矸石層。此后由于三角洲進(jìn)積作用，北部發(fā)育三角洲平原沉積，南部發(fā)育有三角洲前緣相或前三洲相沉積，泥炭沼澤廣泛分布，煤層范圍擴(kuò)大[8]，造成縱向上巖性、巖相的多變性，在井田內(nèi)表現(xiàn)為部分地段缺失偽底，直接底板為泥巖、粉砂巖[9]。

4.2 后生河流沖刷對(duì)煤層厚度的作用

依據(jù)潞寧井田的侏羅系2、3煤層底板等高線圖和剖面示意圖分析，研究區(qū)內(nèi)侏羅系煤層成煤后期，由于古河流的沖刷作用，使得研究區(qū)內(nèi)東部、東南部煤層遭到較強(qiáng)烈的后生河流沖刷剝蝕作用，產(chǎn)生大范圍的薄煤帶或無(wú)煤帶，同時(shí)表現(xiàn)為相應(yīng)區(qū)域內(nèi)煤層灰分增大[10]。見(jiàn)圖1，圖2，圖5。

5 結(jié)論

潞寧井田侏羅系大同組2號(hào)煤層為全區(qū)大部可采的較穩(wěn)定煤層，侏羅系大同組3號(hào)煤層為全區(qū)大部可采的穩(wěn)定煤層。井田煤層厚度的主要控制因素為成煤后期古河流沖刷作用，其次為成煤時(shí)期的湖相沉積升降運(yùn)動(dòng)作用。

[1]薛少波，朱長(zhǎng)生.寧武煤田朔南礦區(qū)5-6號(hào)煤層沉積環(huán)境及對(duì)比研究[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2008,20(5)：7-9,19.

[2]侯振國(guó).山西省寧武煤田侏羅系含煤地層特征[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2011,21(25)：202-204.

[3]中國(guó)煤炭地質(zhì)總局一七三勘探隊(duì).潞寧煤業(yè)有限公司礦井地質(zhì)類(lèi)型劃分報(bào)告[R].2015：34-40.

[4]國(guó)家安全監(jiān)管總局，國(guó)家煤礦安監(jiān)局.煤礦地質(zhì)工作規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2016.

[5]山西省地質(zhì)勘查局二一一地質(zhì)隊(duì).潞寧煤業(yè)有限公司2015年度礦井儲(chǔ)量年報(bào)[R].2016：16.

[6]張小東,王思科,張碩,等.胡襄煤田煤層厚度變化特征及其控制因素[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2015,34(3)：321-326.

[7]劉程，李向東，楊守國(guó).地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層厚度的影響研究[J].煤礦安全，2008,39(5)：14-16.

[8]常江林，任斗金，高強(qiáng).山西寧武煤田的大同組[J].地層學(xué)雜志，1996,20(4)：266-268.

[9]張佳琪，魏紅紅，王宏波.志丹探區(qū)侏羅系—上三疊統(tǒng)沉積環(huán)境和沉積相[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1998,28(4)：325-329.

[10]武雁玲.山西寧武煤田侏羅紀(jì)含煤地層特征[J].山西煤炭,2002,22(2)：30-31,33.

Stability Evaluation of Datong Jurassic Coal Seam of Lu-ning Coal Mine of Coalfield of Ningwu

YIN Wei-qiang
(Geological Department of Lu'an Mining Group Co.Ltd,Changzhi Shanxi,046200)

Lu-ning mine is located in in the Ningwu coalfield,We did the main coal seam of Datong Jurassic sedimentary formation of lakes.On the basis of geological exploration and mine geological results,the analysis of qualitative and quantitative evaluation of Lu-ning mine Jurassic coal seam stability.According to the analysis,Lu-ning coal mine coal thickness control is mainly lake sedimentary environment and epigenetic effects of river scouring.

Lu-ning coal mine;stability;coal thickness;control factors

P624.6

A

1674-0874(2017)02-0062-03

〔責(zé)任編輯 王東〕

2017-02-08

尹偉強(qiáng)（1983-），男，山西長(zhǎng)治人，碩士，工程師，研究方向：礦井地質(zhì)。