山西薄煤層地層分布特征研究

劉漢斌，郭建云

(1.山西省煤炭地質(zhì)局，太原 030006；2.中國冶金地質(zhì)總局第三地質(zhì)勘查院，太原 030032)

0 引言

薄煤層是指井工開采時小于1.3m的煤層和露天開采時小于3.5m的煤層[1]。楊生華等[2]將薄煤層又分為薄煤層(0.8～1.3m)、極薄煤層(<0.8m)、超薄煤層(<0.6m)。高士崗等[3]將厚度1.0～17m的煤層稱為中薄煤層。山西煤炭資源產(chǎn)狀平緩，井工生產(chǎn)礦井中絕大部分地區(qū)為產(chǎn)狀小于25°的煙煤。結(jié)合現(xiàn)行的《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范 煤》(DZ/T 0215—2020)中關(guān)于煤層厚度的煤炭資源量估算指標(biāo)和山西的主采煤層特征，本文將山西的薄煤層分為中薄煤層(0.8～1.3m)和超薄煤層(<0.8m)兩類，其余統(tǒng)稱為中厚煤層(>1.3m)。這是因?yàn)?.8m為山西大部分煤產(chǎn)地的煤炭資源量起算厚度，小于0.8m的煤層在煤炭勘查階段不算入資源量。因此將0.8m作為區(qū)分薄煤層的一個劃分界限，將平均厚度介于0.8～1.3m的煤層定義為中薄煤層，將平均厚度小于0.8m的煤層定義為超薄煤層(表1)。

表1 薄煤層的分類

我國薄煤層資源豐富，分布廣泛，10多個省市的400多個礦井都有薄煤層分布[4]。山西是我國的煤炭大省，山西薄煤層資源占全省煤炭資源總量的19.2%。關(guān)于山西薄煤層的分布和煤質(zhì)特征，一直以來研究較少。本文以山西薄煤層為研究對象，以山西省煤炭資源圖集中的礦區(qū)主要煤層數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析研究了山西六大煤田中薄煤層的分布特征[5-8]。

1 山西薄煤層的分布

1.1 大同煤田

如圖1所示，大同煤田侏羅系礦區(qū)擁有薄煤層9層，其中超薄煤層5層，中薄煤層4層。大同石炭系—二疊系礦區(qū)擁有薄煤層2層，其中北區(qū)為超薄煤層和中薄煤層各1層，南區(qū)2層全部為中薄煤層。綜合來看，大同煤田薄煤層數(shù)占比為礦區(qū)煤層總數(shù)的44.3%，其中超薄煤層占比20.6%，中薄煤層占比23.7%。

圖1 大同煤田不同礦區(qū)薄煤層對比

1.2 寧武煤田

寧武煤田北部地區(qū)平均擁有薄煤層3～4層，中部擁有薄煤層2層，南部擁有薄煤層3層。北部薄煤層以中薄煤層為主，中部超薄煤層和中薄煤層各占50%，南部地區(qū)以超薄煤層為主。綜合來看，寧武煤田薄煤層占煤田煤層總數(shù)的43.5%，其中超薄煤層占比16.1%，中薄煤層占比27.4%(圖2)。

圖2 寧武煤田不同礦區(qū)薄煤層對比

1.3 河?xùn)|煤田

如圖3所示，河?xùn)|煤層薄煤層主要分布于煤田中部的離柳礦區(qū)和石隰礦區(qū)，北部的河保偏礦區(qū)和鄉(xiāng)寧礦區(qū)薄煤層較少。薄煤層以中薄煤層為主。煤田薄煤層占煤田煤層總數(shù)的39.6%，其中超薄煤層占比9.4%，中薄煤層占比32.1%。

圖3 河?xùn)|煤田不同礦區(qū)薄煤層對比

1.4 西山煤田

西山煤田薄煤層較少，且主要分布于煤田北部的古交礦區(qū)和東部的西山礦區(qū)和清交礦區(qū)東部。薄煤層總數(shù)占比煤田煤層總數(shù)的18.2%，其中超薄煤層和中薄煤層各占9.1%(圖4)。

圖4 西山煤田不同礦區(qū)薄煤層對比

1.5 霍西煤田

霍西煤田薄煤層在煤田北部、中部、南部都有分布，其中以中部最多，薄煤層占比81.8%。北部和南部薄煤層占比較低，分別為55%和45%。中部薄煤層以超薄煤層為主，南部以中薄煤層為主，北部地區(qū)超薄和中薄煤層各占50%。綜合來看，霍西煤田薄層占煤田煤層總數(shù)的56.5%，其中超薄煤層占比32.3%，中薄煤層占比24.2%(圖5)。

圖5 霍西煤田不同礦區(qū)薄煤層對比

1.6 沁水煤田

沁水煤田薄煤層主要分布于煤田西北部和東北部，南部地區(qū)較少。其中西北部薄煤層以超薄煤層為主，東北部以中薄煤層為主。綜合來看，煤田薄煤層占比為煤田煤層總數(shù)的56.4%，其中超薄煤層占比25.5%，中薄煤層占比29.1%(圖6)。

圖6 沁水煤田不同礦區(qū)薄煤層對比

2 山西薄煤層的厚度

2.1 大同煤田

如圖7所示，大同煤田侏羅系礦區(qū)薄煤層總厚7.48m，占侏羅系礦區(qū)煤層總厚度是41.2%。石炭系—二疊系礦區(qū)北部地區(qū)薄煤層總厚度1.64m，占北區(qū)煤層總厚度的5.3%，南部地區(qū)厚2.16m，占大同南區(qū)煤層總厚度的11.2%。平均來看，大同煤田薄煤層平均厚度為3.76m，占煤田煤層平均厚度的16.5%，其中超薄煤層占比6.8%，中薄煤層占比12.4%。

圖7 大同煤田不同礦區(qū)薄煤層厚度對比

2.2 寧武煤田

寧武煤田北部薄煤層總厚2.47m，占煤田煤層總厚度的10.9%，中部小于10%，南部地區(qū)為10.9%。其中以中薄煤層為主。綜合來看，寧武煤田薄煤厚度占比10.6%，其中超薄煤層占比3.0%，中薄煤層占比7.6%(圖8)。

圖8 寧武煤田不同礦區(qū)薄煤層厚度對比

2.3 河?xùn)|煤田

河?xùn)|煤田北部河保偏地區(qū)薄煤層層數(shù)少，厚度占比僅為5.6%，并且全部為中薄煤層。中部離柳和石隰礦區(qū)薄煤層數(shù)量增多，厚度占比隨之增高，最高為30.2%。南部鄉(xiāng)寧礦區(qū)薄煤層數(shù)較少，厚度占比10%左右。鄉(xiāng)寧礦區(qū)西部地區(qū)薄煤層數(shù)增多，厚度占比增大到23.2%。綜合來看，河?xùn)|煤田薄煤層厚度平均占比16.3%，其中超薄煤層占比2.3%，中薄煤層占比14.0%(圖9)。

圖9 河?xùn)|煤田不同礦區(qū)薄煤層厚度對比

2.4 西山煤田

西山煤田整體薄煤層數(shù)較少，僅古交礦區(qū)薄煤層厚度18.3%，其余地區(qū)均小于10%。煤田薄煤層厚度占比為7.5%，其中超薄煤層占比2.8%，中薄煤層占比4.7%(圖10)。

圖10 西山煤田不同礦區(qū)薄煤層厚度對比

2.5 霍西煤田

霍西煤田北部和南部地區(qū)薄煤層數(shù)較少，厚度比較小。中部地區(qū)薄煤層數(shù)最多，厚度比最高，達(dá)到60.5%?；糁輩^(qū)薄煤層厚度比最小，為15.8%。綜合來看，霍西煤田薄煤層全煤田厚度平均占比為28.3%，其中超薄煤層占比13.0%，中薄煤層占比15.2%(圖11)。

圖11 霍西煤田不同礦區(qū)薄煤層厚度對比

2.6 沁水煤田

沁水煤田薄煤層主要分布于煤田西北部和東北部，因此厚度比也以煤田西北部和東北部最高。如沁源北區(qū)薄煤層總厚度達(dá)到9.50m，薄煤層的煤層厚度占比達(dá)到88.9%，平遙區(qū)達(dá)到52.1%，左權(quán)地區(qū)厚度比達(dá)到52.0%。南部地區(qū)薄煤層數(shù)最少，厚度比僅為15.4%。綜合來看，沁水煤田薄煤層厚度占比為25.3%，其中超薄煤層占比9.2%，中薄煤層占16.1%(圖12)。

圖12 沁水煤田不同礦區(qū)薄煤層厚度對比

3 討論

山西薄煤層具有煤質(zhì)好、開采地面變形小等優(yōu)點(diǎn)。今后，隨著中厚煤層的逐漸枯竭，薄煤層開采與利用將逐漸成為煤礦開采的主力。而全省薄煤層的分布與煤質(zhì)特征是全省薄煤層大規(guī)模開采和開采技術(shù)裝備研發(fā)的基礎(chǔ)資料和基本依據(jù)，理清全省煤層的橫向和縱向分布特征具有重要的實(shí)踐價值和生產(chǎn)意義。

3.1 橫向分布特征

山西六大煤田中，大同煤田薄煤層最多，其次為霍西煤田和沁水煤田，西山煤田薄煤層數(shù)最少。大同煤田和霍西煤田超薄煤層數(shù)最多。大同煤田中薄煤層數(shù)最多。關(guān)于薄煤層層次比，霍西煤田和沁水煤田薄煤層層次比最高，均大于56%。其次為大同煤田、寧武煤田、河?xùn)|煤田。西山煤田薄煤層占比最低，為18.2%。關(guān)于超薄煤層層次比，霍西煤田超薄煤田占比最大，為32.3%，河?xùn)|煤田和西山煤田超薄煤層占比最小，均小于10%。中薄煤層層次占比，河?xùn)|煤田中薄煤層占比最高，為32.1%，西山煤田中薄煤層占比最小，為9.1%(圖13)。

圖13 山西六大煤田薄煤層層數(shù)和層次對比

厚度分布方面，大同煤田薄煤層總厚最高，為3.76m，西山煤田最小，為0.91m。厚度占比方面，霍西煤田薄煤層厚度占比最高，為28.3%，其次為沁水煤田。西山煤田薄煤層厚度占比最小，為7.5%。超薄煤層厚度占比方面，霍西煤田最高，河?xùn)|煤田最低。中薄煤層方面，沁水煤田最高，西山煤田最低。大同煤田侏羅系礦區(qū)、霍西煤田靈石區(qū)、沁水煤田沁源北區(qū)、左權(quán)區(qū)薄層薄煤層數(shù)最多，達(dá)到8～9層(圖14)。

圖14 山西六大煤田薄煤層厚度占比和總厚度對比

3.2 縱向分布特征

山西侏羅系大同組擁有薄煤層9層，平均厚度0.83m，總厚度7.47m。其中超薄煤層5層，占比56%，平均厚度0.66m。中薄煤層4層，占比44%，平均厚度1.05m。平均厚度占比方面，超薄煤層占比44%，中薄煤層占比56%。山西組擁有薄煤層49層，總厚度9.38m，平均厚度0.92m。其中超薄煤層14層，層次占比29%，平均厚度0.67m。中薄煤層35層，層次占比71%，平均厚度1.02m?？偤裾急确矫?，超薄煤層總厚占比薄煤層總厚的21%，中薄煤層占比79%。太原組地層擁有薄煤層87層，總厚71.34m，平均厚度0.63m。其中超薄煤層41層，層次占比47%，平均厚度1.00m。中薄煤層46層，層次占比53%，平均厚度0.82m?？偤裾急确矫?，超薄煤層厚度占比36%，中薄煤層占比64%(圖15)。

圖15 山西不同含煤巖組薄煤層層數(shù)和總厚對比

薄煤層層數(shù)方面，太原組薄煤層數(shù)最多，是山西組薄煤層數(shù)的1.8倍，大同組薄煤層數(shù)的9.7倍，占全省薄煤層總數(shù)的60%。山西組薄煤層以中薄煤層為主，占薄煤層總數(shù)的71.4%。大同組和太原組中超薄煤層和中薄煤層層數(shù)相當(dāng)。薄煤層總厚度方面，太原組薄煤層總厚度最高，是山西組薄煤層厚度的1.6倍，大同組薄煤層總厚9.6倍，占全省薄煤層總厚度的58%。不同薄煤層占比方面，三個地層薄煤層均以中薄煤層為主，大同組、山西組、太原組中中薄煤層總厚度分別占薄煤層總厚度的56%、79%和64%。

4 結(jié)論

1)山西六大煤田中大同煤田薄煤層數(shù)量最多，其次為霍西煤田和沁水煤田，西山煤田薄煤層數(shù)最少。大同煤田大同侏羅紀(jì)礦區(qū)、寧武煤田平朔朔南礦區(qū)、河?xùn)|煤田柳林礦區(qū)、霍西煤田靈石礦區(qū)、沁水煤田沁源北礦區(qū)、左權(quán)礦區(qū)薄煤層數(shù)均大于8層以上，其中靈石礦區(qū)、沁源北、左權(quán)礦區(qū)薄煤層層次比大于80%。除西山煤田外，其余煤田薄煤層均以中薄煤層為主。

2)薄煤層厚度方面，大同煤田薄煤層總厚最高，為3.76m，西山煤田最小，為0.91m。厚度占比方面，霍西煤田薄煤層厚度占比最高，為28.3%，其次為沁水煤田。西山煤田薄煤層厚度占比最小，為7.5%。六大煤田中中薄煤層總厚度，均大于超薄煤層總厚度。其中，霍西煤田超薄煤層厚度占比最高，沁水煤田中薄煤層厚度占比最高。

3)薄煤層地層分布方面，山西薄煤層主要分布于太原組地層中，分別占全省薄煤層總層數(shù)的60%和總厚度的58%。山西組薄煤層以中薄煤層為主，太原組和大同組中薄煤層和超薄煤層相當(dāng)。