宿南礦區(qū)深部煤質(zhì)特征及預(yù)測

馬正徐 童柳華

摘 要：通過分析宿南礦區(qū)淺部煤層的煤質(zhì)特征，并分析了影響煤質(zhì)的主控因素;運(yùn)用線性回歸分析方法，預(yù)測了32煤、10煤層深部煤質(zhì)變化特征。結(jié)果表明：在西寺坡東部以QM為主，在西寺坡西部以1/3JM為主;10煤層在西寺坡東部以PM、PS、WY為主，在西寺坡西部以QM和QF為主。本研究成果主要是為指導(dǎo)深部煤質(zhì)預(yù)測、合理利用深部煤炭資源提供了有益參考。

關(guān)鍵詞：分布規(guī)律;煤質(zhì);深部煤質(zhì)預(yù)測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.072

0 引言

煤炭作為我國的主要能源，在我國的能源結(jié)構(gòu)中處于絕對重要的地位 [1]。隨著多年來對于淺部煤炭資源的大量開采，導(dǎo)致淺部煤炭資源驟減，逐漸轉(zhuǎn)向開采深部的煤炭資源。但是深部的地質(zhì)條件更加復(fù)雜，煤層賦存條件、煤類分布與煤質(zhì)發(fā)育特征都與淺部不同[2]，因此研究、預(yù)測深部煤層的煤質(zhì)發(fā)育特征對于保證合理開發(fā)利用深部煤炭資源具有十分重要的意義。國內(nèi)諸多學(xué)者對于深部煤質(zhì)的預(yù)測都做了大量卓有成效的研究[3-5]，考慮到回歸分析方法在目前的煤質(zhì)預(yù)測中得到了廣泛應(yīng)用，并能取得較好的預(yù)測效果，本文在分析宿南礦區(qū)淺部煤質(zhì)特征及影響煤質(zhì)的各主控因素的基礎(chǔ)上，運(yùn)用回歸分析方法，分析、預(yù)測了宿南礦區(qū)深部的煤質(zhì)變化特征。

1 地質(zhì)背景

宿南礦區(qū)位于安徽宿州的東南地區(qū)，整體處于向斜構(gòu)造上。褶皺軸線總體走向趨勢為近南北向或者是北北東方向，極少為北西向，大部分背斜、向斜平行相間協(xié)調(diào)分布[6]。斷層大多數(shù)基本走向?yàn)楸睎|以及北北東方向，個別走向?yàn)榻媳被虮蔽飨?。主要可采煤層?2煤層及10煤層，32煤層在整個區(qū)域相對穩(wěn)定，位于上石盒子組的下部，上距23煤層約100m，下距K3砂巖40～50m。32煤層厚度約為2.5m左右，屬于中厚煤層，含有多層夾矸。煤層頂板可常見泥巖，粉砂巖或炭質(zhì)泥巖。10煤層是山西組中部重要的可采煤層，向上與9煤層相距約七八十米，煤層厚度約為0～9.27m之間，局部可見一層泥巖夾矸。

2 礦區(qū)淺部煤質(zhì)特征

32煤的條痕為棕黑色，為瀝青～玻璃光澤，層狀構(gòu)造，條帶狀結(jié)構(gòu)，階梯狀斷口，內(nèi)生裂隙比較發(fā)育;宏觀煤巖成分為亮煤和暗煤，夾鏡煤透鏡體，宏觀煤巖類型屬于半亮至半暗煤;有機(jī)組分的鏡質(zhì)組分含量為62.98%，殼質(zhì)組分的含量為9.31%，惰質(zhì)組分的含量為19.97%，無機(jī)組分粘土類的含量為11.35%。

10煤的條痕為黑色，為玻璃光澤，層狀構(gòu)造，條帶狀結(jié)構(gòu)，性脆，階梯狀斷口，內(nèi)生裂隙較發(fā)育;宏觀煤巖成分主要為亮煤，其次為暗煤，宏觀煤巖類型屬于半亮至半暗型;有機(jī)組分的鏡質(zhì)組分含量為53.39%，殼質(zhì)組分的含量為7.37%，惰質(zhì)組分的含量為27.61%，無機(jī)組分粘土類的含量為4.8%。

3 煤的化學(xué)特征

3.1 灰分

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，宿南礦區(qū)各煤礦32煤、10煤的灰分值如表1所示，由表可知，32煤層在祁南礦區(qū)中灰分最?。ň禐?2.28%），北部的祁南（延深）次之，東北部的龍北礦區(qū)灰分最高（均值為35.66%）;在10煤層中，同樣在祁南礦區(qū)灰分較?。ň禐?4.62%），在東北部地區(qū)的龍南礦灰分最高（均值為20.62%）。從縱深方向來看，32煤層各礦區(qū)的灰分較高（均值為27.6%），10煤層在宿南礦區(qū)中灰分最?。ň禐?9.07%），自上而下灰分呈現(xiàn)逐漸遞減的規(guī)律。

3.2 揮發(fā)分

32原煤干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率平均是28.86%至34.13%。根據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)（MT/T 849-2000），32煤屬于中低揮發(fā)分煤;在不同底板深度下比較32煤對應(yīng)的揮發(fā)分值數(shù)據(jù)，可知隨著埋藏深度的增加，揮發(fā)分值隨之下降，根據(jù)線性回歸分析，需要對誤差統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以得到回歸分析的可信度，如圖1所示。由圖1可知，QM的Vdaf（%）>37，QM埋深一般小于1000m，依照線性方程推算，在1000m以下，煤階變高，出現(xiàn)QF、FM以及1/3JM等更高煤階的煤類。根據(jù)線性回歸分析結(jié)果，可在整體趨勢的基礎(chǔ)上作出預(yù)測，隨著埋藏深度不斷增加，揮發(fā)分不斷下降，32煤層在西寺坡預(yù)測區(qū)東部以QM為主，在西寺坡西部以1/3JM為主。

10煤原煤干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率平均為28.63%。根據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)（MT/T 849-2000），10煤屬于中、低揮發(fā)分煤。在不同底板深度下比較10煤對應(yīng)的揮發(fā)分值數(shù)據(jù)，可知隨著煤層埋藏深度不斷增加，揮發(fā)分表現(xiàn)為隨之下降的趨勢。根據(jù)線性回歸分析，需要對誤差統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以得到回歸分析的可信度，如圖2所示。根據(jù)線性回歸分析結(jié)果，10煤中主要分布1/3JM、FM和QM，10煤在西寺坡預(yù)測區(qū)東部以PM、PS、WY為主，在西寺坡西部以QM和QF為主。由于整個10煤西南部巖漿巖普遍發(fā)育，其變質(zhì)程度相對較高，同時東部區(qū)域靠近西寺坡大斷裂，在受巖漿區(qū)域熱變質(zhì)作用的影響下，宿南礦區(qū)東部區(qū)域煤的變質(zhì)程度略高于西部區(qū)域。

4 煤質(zhì)分布規(guī)律

32煤層煤類分布圖如圖3-a所示，由圖可知，32煤層大部分以QM為主，在向斜核部存在1/3JM，而在宿南向斜軸部地段，煤質(zhì)由于變質(zhì)程度增加繼而從QM到1/3JM發(fā)生改變，有少量的煤具有較高的煤質(zhì)。10煤層煤類分布圖如圖3-b所示，由圖可知，10煤層從QM到1/3JM、PS、QM發(fā)生改變，而向斜核部分布的是1/3JM和FM。隨著埋藏深度的增加，煤質(zhì)愈發(fā)變好。在宿南向斜西南部，巖漿巖普遍發(fā)育，WY、PS較高煤類出現(xiàn)，而在轉(zhuǎn)折端及軸部區(qū)域出現(xiàn)了少量的1/2ZN。

5 宿南礦區(qū)影響煤質(zhì)的主要因素分析

5.1 深成變質(zhì)作用對煤質(zhì)的影響

深成變質(zhì)作用是煤層在地?zé)崤c地殼巖石靜壓力的作用下發(fā)生沉降的現(xiàn)象，繼而埋藏于地下深處的一種作用。變質(zhì)作用的增加與埋藏深度的增加直接相關(guān)。32煤在1000m以下，出現(xiàn)煤階更高的煤。10煤隨著埋藏深度不斷的增加，煤質(zhì)更高。

5.2 區(qū)域巖漿熱力變質(zhì)作用對煤質(zhì)的影響

在一般狀態(tài)下，煤層由于巖漿巖的入侵或者靠近煤層，礦區(qū)的地?zé)釄霭l(fā)生了巨大的變化，從而使煤層產(chǎn)生變質(zhì)。32煤在巖漿巖侵入過程中受到的影響比較小。10煤層在宿南向斜的西部和南部大量巖漿巖侵入，導(dǎo)致煤層穩(wěn)定性及煤層連續(xù)性受到破壞，煤質(zhì)發(fā)生改變，可采性變差。

6 結(jié)論

（1）在平面上，整體呈現(xiàn)出低煤質(zhì)向高煤質(zhì)變化的特征，在復(fù)式向斜800米范圍內(nèi)為QM等煤質(zhì)較低的煤類，在向斜核部區(qū)域以及巖漿巖大量發(fā)育地區(qū)出現(xiàn)煤質(zhì)略高的煤，主要是1/3JM和PM以及少量WY;在垂向上，通過對32煤、10煤揮發(fā)分分析，伴隨著埋藏深度逐漸增加，煤質(zhì)從以QM為主逐漸發(fā)育成1/3JM為主，煤質(zhì)等級逐漸增高。

（2）運(yùn)用線性回歸分析方法，預(yù)測了32煤層在西寺坡預(yù)測區(qū)東部以QM為主，而在西部主要以1/3JM為主;10煤層在西寺坡預(yù)測區(qū)東部以PM、PS、WY為主，而在西部以QM和QF為主。

參考文獻(xiàn)：

[1]左治興，朱必勇，易斌等.煤礦災(zāi)害及安全管理綜合評價[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2006（08）：52-54.

[2]敖衛(wèi)華.淮南煤田深部煤層煤級與煤體結(jié)構(gòu)特征及煤變質(zhì)作用[D].中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2013.

[3]左蔚然，何亞群，賀靖峰等.峰峰煤田煤質(zhì)預(yù)測管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2007（05）：65-68.

[4]邵徇，張凝凝.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在煤質(zhì)預(yù)測中的應(yīng)用[J].煤質(zhì)技術(shù)，2017（01）：1-4.

[5]張代波.丁集礦煤質(zhì)變化特征[D].安徽理工大學(xué)，2015.

[6]英成娟.安徽宿南礦區(qū)72煤層開采地質(zhì)條件綜合評價[D].安徽理工大學(xué)，2016.

作者簡介：馬正徐（1994-），女，安徽安慶人，碩士研究生，主要研究方向：煤地質(zhì)與工程地質(zhì)方向。