潘西煤礦二疊系下統(tǒng)山西組3煤層賦存特征研究

倪 萌

（山東省萊蕪市萬祥礦業(yè)有限公司潘西煤礦，山東 萊蕪 271107）

1 潘西井田地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)共有大中型斷層23條，其中落差大于100m的5條，落差50～100m的5條，落差20～50m的9條，落差15～20m的4條。主要發(fā)育NW向、NE向、近EW向、近SN向四組，多數(shù)斷層北盤上升，南盤下降。礦區(qū)邊界F顏、F付、F秦、F6斷層為高角度正斷層，井田內(nèi)以低角度正斷層為主，逆斷層少見。見圖1。

2 礦井含煤地層概況

潘西井田含煤地層為華北石炭二疊系海陸交互相及陸相沉積，沉積環(huán)境由中石炭系的海陸交互相逐漸過渡到二疊系的陸相沉積，含煤地層總厚度320m左右，共含煤20層，含煤總厚度12.14m，含煤系數(shù)3.8%。山西組和太原組是本工作區(qū)主要含煤地層，地層總厚度約290.59m，共含煤20層，含煤總厚度12.04m，含煤系數(shù)4.2%。其中太原組含煤13層 (8～20煤層 )，山西組含煤 7層 (1～7煤層 )。主要可采煤層4層(3、4、7、19煤層)，可采煤層平均總厚度5.05m，可采含煤系數(shù)1.8%。煤系地層中標(biāo)志層明顯且穩(wěn)定，煤層對比可靠。

3 二疊系下統(tǒng)山西組含煤地層特征

厚度114.42～148.34m，平均129.90m。以灰色中細(xì)砂巖和深灰色粉砂巖為主，夾少量泥巖、砂巖、砂質(zhì)頁巖和粉砂巖，為純陸相沉積。砂巖中炭質(zhì)、菱鐵質(zhì)點(diǎn)定向排列，多為泥質(zhì)膠結(jié)，斜層理發(fā)育。

4 3煤層結(jié)構(gòu)、賦存特征及規(guī)律

4.1 3煤層地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)及產(chǎn)狀特性

礦井基本構(gòu)造形態(tài)屬簡單的單斜構(gòu)造，3煤層傾角28°～35°，平均傾角為29°，局部地段受斷層影響變陡或變緩。

頂板為深灰色粉砂巖或淺灰色細(xì)砂巖，厚度0.91～8.74m，平均4.50m，老頂為灰白色中砂巖，厚度2.30～20.98m，平均15m，東部厚西部薄，堅(jiān)硬，穩(wěn)固，不易冒落。

底板為深灰色粉砂巖或粘土巖，厚度0.30～5.28m，平均4.00m，個(gè)別為中砂巖。

礦井西翼前六采區(qū)揭露3煤層揭露煤厚0.03～3.88m（純煤厚度），平均煤厚2.0m，無分層現(xiàn)象。

回采巷道實(shí)際揭露情況分析，煤層煤厚0.1～2.9m，平均煤厚1.6m，工作面3煤層局部分層為2層（煤3-1、煤3-2），層間距0.4～1.7m，煤層賦存狀態(tài)不穩(wěn)定。煤層走向105～120°，傾向15～30°，傾角23～35°，平均傾角25°。地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)簡單，構(gòu)造以斷層為主，受斷層影響造成3煤層頂板破碎、煤層斷失和變薄。

表1 前六采區(qū)3煤層特征一覽表

4.2 3煤層褶曲變動情況

礦井東翼前七、前九采區(qū)3煤層走向105°～135°，西翼前六采區(qū)3煤層走向110°～120°，煤層走向產(chǎn)狀未發(fā)現(xiàn)較大幅度變化。

5 3煤層煤層厚度變化原因及賦存變化特征

5.1 3煤層煤層厚度的原生變化特征

5.1.1 地殼不均衡沉降導(dǎo)致煤層厚度變化情況

由于地殼不均衡沉降，導(dǎo)致3煤層分叉，具體表現(xiàn)為：煤層層數(shù)增多，厚度變?。环植婷簩禹?shù)装鍘r性變化大。

5.1.2 泥炭沼澤基底不平導(dǎo)致煤層呈現(xiàn)底凸薄化現(xiàn)象

礦井西翼前六采區(qū)開拓及回采期間揭露煤層異常區(qū)域表現(xiàn)為：煤層頂平，底不平；煤層變薄方向?yàn)榈装逋蛊鸬姆较?，厚度逐漸變薄。例如6301東面上、下巷走向長度共計(jì)1495m，揭露煤層異常區(qū)（底凸薄化）長度564m，影響范圍面積約為30142m2，煤層異常區(qū)域揭露最小煤厚為0.03m。

圖2 6301東上巷煤層厚度變化情況素描圖

5.2 3煤層厚度的后生變化特征

5.2.1 構(gòu)造作用導(dǎo)致3煤層厚度變化情況

由于受構(gòu)造作用影響，導(dǎo)致煤層頂?shù)装宀煌暾?，煤層頂?shù)装宄尸F(xiàn)協(xié)調(diào)或不協(xié)調(diào)褶皺、脆性或彈塑性斷裂，煤、巖層產(chǎn)狀變化大，頂?shù)装邋e(cuò)斷壓入煤層，6301運(yùn)輸巷揭露一東北傾向正斷層，受斷層影響導(dǎo)致巷道3煤層厚度發(fā)生極大變化，斷層上盤揭露煤厚0.5m，下盤揭露煤厚3.88m。

圖3 6301東運(yùn)輸巷煤層變化素描圖

5.2.2 巖漿巖活動對3煤層影響程度

井田內(nèi)巖漿巖活動比較強(qiáng)烈，主要呈巖床侵入到侏羅系紅色砂巖和古近系地層中，在石炭二疊系煤系地層中，多沿3煤層頂、底板和一灰頂?shù)装迩秩搿?/p>

前六采區(qū)開拓及回采過程中未揭露巖漿巖侵蝕現(xiàn)象。本井田3煤層局部受巖漿巖侵蝕，有的靠近巖漿巖處煤層變?yōu)樘烊唤?，灰分升高。巖漿巖的侵入，給礦井采掘工程造成很大困難，有些地方放不出正規(guī)工作面，有的放出工作面也無法開采，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，并使礦井資源儲量中地質(zhì)損失增加。

6 3煤層頂（底）板賦存特征及規(guī)律

根據(jù)以往礦井開采3煤層頂?shù)装迩闆r分析：由于前組煤為陸相沉積，沉積環(huán)境近似，3煤層頂?shù)装鍘r性差別較大，且無明顯標(biāo)志層。礦井西翼前六采區(qū)開拓期間石門及大巷揭露3煤層直接頂為灰色細(xì)砂巖（厚度4.5m），底板為灰色粉砂巖（厚度3.7m），6301工作面方出后揭露3煤層頂板為灰色粉砂巖（厚度1.9～3.7m），總結(jié)礦井開采3煤層頂（底）板賦存情況：3煤層頂（底）板巖性變化較大，無明顯標(biāo)志層（圖5）。

圖4 932切眼實(shí)測地質(zhì)素描圖

圖5 前六、前七、前九采區(qū)3煤層煤巖層對比圖

7 3煤層煤質(zhì)分析

7.1 物理性質(zhì)及煤巖特征

3煤層：黑色，條痕褐色，容重1.31，堅(jiān)硬，塊狀，斷口平坦，呈樹脂光澤，層理、節(jié)理發(fā)育，以半亮煤和暗煤為主，屬半亮型煤。

7.2 化學(xué)性質(zhì)

3煤層工業(yè)分析指標(biāo)特征詳見3煤層化學(xué)性質(zhì)一覽表（表2）。

表2 3煤層化學(xué)性質(zhì)一覽表

7.3 煤種及變化特征

煤類的劃分是根據(jù)《中國煤炭分類》（GB5751-2009），采用1.4比重液選出的精煤可燃基揮發(fā)份含量Vdaf，粘結(jié)指數(shù)GR?I，膠質(zhì)層厚度Y和奧亞膨脹度b四種參數(shù)來確定。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，勘查區(qū)內(nèi)的煤類應(yīng)為焦煤或者1/3焦煤。但根據(jù)潘西煤礦生產(chǎn)煤層樣，可采煤層中3煤層為氣煤。

7.4 煤的用途

7.4.1 煉焦配煤

3煤層為低～中灰、低～中硫、低磷的氣煤，煤層黏結(jié)性能好，浮煤可用作煉焦配煤。

7.4.2 動力用煤、民用煤

3煤層的灰分、硫分、揮發(fā)分、發(fā)熱量等指標(biāo)均符合火力發(fā)電廠固態(tài)除渣煤粉鍋爐用煤要求，3煤層由于發(fā)熱量高而穩(wěn)定，也是良好的動力用煤和民用煤。

7.4.3 制造水煤漿

3煤層原煤經(jīng)過洗選加工提高了煤炭產(chǎn)品的質(zhì)量，又能以洗精煤泥為原料制水煤漿。

8 原地質(zhì)勘探及開拓期間工程控制程度對比分析

原勘查前六采區(qū)設(shè)計(jì)開采面積約為1908558m2，區(qū)內(nèi)勘探鉆孔有6個(gè)，根據(jù)鉆孔實(shí)際揭露煤厚情況來看，煤層變化較大，可靠程度較低；區(qū)內(nèi)北部90-2#孔、南部204#孔揭露3煤層有分層現(xiàn)象，煤3-1厚度0.61～0.67m，煤3-2厚度0.26～0.44m，采區(qū)煤厚在0.25～1.6m，區(qū)內(nèi)最大煤層厚度為1.6m，平均1.2m。

但實(shí)際前六采區(qū)掘進(jìn)及回采期間揭露煤層厚度0.03～3.88m，區(qū)內(nèi)最大煤層厚度為3.88m，與原勘探情況、地質(zhì)報(bào)告敘述3煤層煤層厚度相差較大。

總結(jié)礦井3煤層煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層賦存狀態(tài)不穩(wěn)定，煤層厚度變化較大，采區(qū)布置宜采用雙翼布置，減少因賦存狀態(tài)不穩(wěn)定造成的損失，保證礦井的正常接續(xù)。

9 結(jié)語

本文分析、論證了潘西煤礦井田煤系地層二疊系下統(tǒng)山西組3煤層的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、煤層厚度變化及變化原因、煤層頂（底）板巖性特征及賦存規(guī)律、煤質(zhì)、采堪控制程度對比等地質(zhì)特征，為潘西煤礦前組煤六采區(qū)的生產(chǎn)開拓布局提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為礦井3煤層開采提供更具指導(dǎo)性的技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，減少不必要的巷道投入，減少因賦存狀態(tài)不穩(wěn)定造成的損失，確保實(shí)現(xiàn)礦井安全、接續(xù)正常、效益最大化。