貴州省清鎮(zhèn)市流長研究區(qū)可采煤層特征及穩(wěn)定性評價

彭 彪

（貴州省煤田地質(zhì)局一一三隊，貴州 貴陽 550000）

流長煤礦地質(zhì)工作開展較早，1955年，西南煤田地質(zhì)局地質(zhì)四隊進(jìn)行了1∶10 萬普查地質(zhì)找煤工作，大致了解區(qū)內(nèi)煤炭資源分布情況，基本查清了區(qū)內(nèi)地層、巖性及構(gòu)造特征；2005年，貴州地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局五地質(zhì)大隊進(jìn)行了煤炭普查工作，初步確定了各可采煤層的層位、厚度、結(jié)構(gòu)，控制了各主要地層的地質(zhì)界線，對區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行了初步分析，本文利用前人取得的成果，運(yùn)用煤層間距法、標(biāo)志層法和測井曲線特征等方法，對流長研究區(qū)內(nèi)可采煤層特征及穩(wěn)定性進(jìn)行了評價，期望對該區(qū)煤礦進(jìn)一步開發(fā)提供參考。

1 研究區(qū)地質(zhì)

1.1 地層

研究區(qū)內(nèi)出露地層有下三疊統(tǒng)大冶組（T1d）、安順組（T1a）和第四系（Q）；鉆孔揭露地層有中二疊統(tǒng)茅口組（P2m），上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）、長興組（P3c）[1-3]?，F(xiàn)分述如下：

茅口組（P2m）：由灰—深灰色中厚—厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r組成，晶粒結(jié)構(gòu)，具縫合線構(gòu)造，產(chǎn)動物化石，59個鉆孔鉆探揭露該組最大假厚度70m，組厚度不詳。

龍?zhí)督M（P3l）：區(qū)內(nèi)含煤地層，由一套海陸交互相沉積的淺灰色泥巖、淺灰色粉砂質(zhì)泥巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖、淺灰色細(xì)砂巖、灰色粉砂巖、深灰色灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r、灰白色鋁土質(zhì)泥巖、黑色炭質(zhì)泥巖及煤層（線）等組成。底部淺灰色、黃灰色薄層狀鋁土質(zhì)泥巖與茅口組頂灰色中厚層狀灰?guī)r作為龍?zhí)督M和茅口組的分界標(biāo)志，頂部為深灰色薄層狀粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖與長興組深灰色中厚層狀燧石灰?guī)r分界。含煤10～16層，一般13 層，其中可采煤層4 層，即6、8、9、13 煤層。產(chǎn)腕足類、蜓、瓣鰓類等動物化石和大羽羊齒、蕉羊齒、櫛羊齒等植物化石。59 個鉆孔鉆探揭露龍?zhí)督M地層，組厚191.83～283.64m，平均厚243.37m。與上覆長興組地層呈整合接觸。

長興組（P3c）：灰—深灰色厚層狀含燧石團(tuán)塊及條帶灰?guī)r，縫合線構(gòu)造發(fā)育，局部裂隙發(fā)育，方解石脈充填，中部夾有3～5m深灰色薄層粉砂質(zhì)泥巖，含黃鐵礦結(jié)核，部分區(qū)域見薄煤線。59 個鉆孔鉆探揭露長興組地層，厚32.40～57.81m，一般45.68m。

大冶組（T1d）：大冶組分三段，總厚度525m。大冶組上段（T1d3）為灰—淺灰色厚層塊狀泥晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，45個鉆孔鉆探揭露大冶組一段地層，厚125.42～193.94m，一般148m；大冶組中段（T1d2），為灰—深灰色薄—中厚層泥晶灰?guī)r、細(xì)晶灰?guī)r，下部夾深灰色薄層狀粉砂質(zhì)泥巖，63 個鉆孔鉆探揭露大冶組二段地層，厚271.41～394.76m，一般333m；大冶組下段（T1d1）為灰綠色薄—中厚層狀泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖與深灰色泥巖組成79 個鉆孔鉆探揭露大冶組一段地層，厚24.27～69.62m，一般44m。

安順組（T1a）：由石灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)白云巖組成，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，上部為薄層狀泥質(zhì)白云巖，向下泥質(zhì)含量減少，中部為灰—灰色中厚層泥質(zhì)白云巖、白云巖，下部為中厚層狀泥晶白云巖。局部裂隙較發(fā)育，方解石充填，巖溶現(xiàn)象較發(fā)育，有溶蝕現(xiàn)象、溶洞等。37 個鉆孔鉆探揭露安順組地層厚度231.34～316.09m，一般232.72m。

第四系（Q）：褐黃—土黃色含碎石粘土為主。碎石呈棱角、次棱角狀，大小（3cm×5cm）～（4cm×6cm），含量5%～15%，成份為強(qiáng)風(fēng)化的灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)白云巖及泥巖角礫和泥砂。主要為坡、殘積物。在河溪、溝谷地段有少量洪積物堆積，呈礫狀和次棱角狀。厚0～49.30m，一般5.64m。

1.2 構(gòu)造

研究區(qū)位于大威嶺背斜北東段北西翼，呈單斜產(chǎn)出，地層總體傾向北西（NW）270°～350°，一般320°；在北東方向有波狀起伏，略呈寬緩向斜。區(qū)內(nèi)地表共發(fā)現(xiàn)斷層12 條，F(xiàn)4、F5、F6位于礦區(qū)西南部，F(xiàn)11、F14、F15位于礦區(qū)東北部，F(xiàn)9、F16、F17、F18位于礦區(qū)西北部；F1、F2貫穿整個礦區(qū)，為本區(qū)主斷層，F(xiàn)1走向南西—北東，傾向東南，為正斷層，F(xiàn)2走向北西—南東，傾向西南，為逆斷層，F(xiàn)1、F2大致將研究區(qū)分割成東、南、西、北四個三角形斷塊（圖1）[4]。

2 可采煤層特征

區(qū)內(nèi)主要可采煤層為6、8、9、13煤層[5]，其中6、8、9煤層為大部可采煤層，13煤層為局部可采煤層（表1）?，F(xiàn)分述如下：

表1 礦區(qū)煤層特征表

6 煤層：位于龍?zhí)督M上段下部，上距長興組底部65.33～105.68m，平均90.96m。煤層全層厚度一般0～5.05m，平均厚度為1.62m；采用厚度0～3.62m,平均厚度1.43m。

8 煤層：位于龍?zhí)督M上段下部，上距6 煤層3.30～21.95m，平均10.99m。煤層全層厚度0～5.80m，平均厚度為1.81m；采用厚度0～5.80m，平均采用厚度1.76m。

9 煤層：位于龍?zhí)督M上段下部，上距8 煤層3.51～19.20m，平均9.09m。煤層全層厚度0～4.82m，平均厚度為1.47m；采用厚度0～3.81m，平均采用厚度1.33m。

13 煤層：位于龍?zhí)督M下段中部，下距距茅口組45.06～88.78m，平均64.78m。煤層全層厚度0～2.37m，平均厚度為0.99m；采用厚度0～1.69m。

3 煤層對比

3.1 標(biāo)志層對比

本次煤層對比在龍?zhí)督M建立了3 個標(biāo)志層（B1、B2、B3），對龍?zhí)督M煤層自上而下進(jìn)行控制，確定了煤層對比的格架。

標(biāo)一（B1）：控制了6煤層，位于6煤層頂部，有時為6 煤層頂板，巖性為灰色中厚層狀石灰?guī)r為主，巖性穩(wěn)定，厚度變化大，層位較穩(wěn)定。產(chǎn)少量動物化石。物性特征為高電阻率、低自然伽馬、低伽馬伽馬反映。對比可靠。一般厚1.87～8.81m,平均厚度4.68m。

標(biāo)二（B2）：控制了9煤層，上距9煤層平均7.58m，巖性為淺灰—灰色中厚層狀石灰?guī)r，底部夾泥質(zhì)灰?guī)r薄層。產(chǎn)少量動物化石，巖性穩(wěn)定，厚度變化大，層位較穩(wěn)定。物性特征為高電阻率、低自然伽馬反映。對比可靠。一般厚度0.40～11.22m，平均厚度1.98m。

標(biāo)三（B3）：控制了13 煤層，上距13 煤層平均6.09m，巖性為淺灰—灰色中厚層狀石灰?guī)r，巖性穩(wěn)定，厚度變化大，層位較穩(wěn)定。產(chǎn)少量動物化石。物性特征為高電阻率、低自然伽馬、低伽馬伽馬反映。對比可靠。一般厚度0.59～5.14m，平均厚度2.42m[6-7]。

3.2 煤、巖層物性曲線對比

煤層對比主要依據(jù)煤巖層的物性特征、曲線的幅度異常、形態(tài)異常及特殊形態(tài)組合關(guān)系等進(jìn)行對比[9]。

6、8、9 煤層：6、8、9煤層間距較小，6、8煤層各曲線由單峰狀到雙峰狀，伽馬伽馬曲線幅值較大，上覆頂板或間接頂板為高阻灰?guī)r；9煤層夾在兩高自然曲線的巖性之間，伽馬伽馬曲線呈上小下大的雙峰狀，下伏間接底板為高電阻曲線、低自然曲線，呈馬鞍狀的B1灰?guī)r。

13煤層：13煤層各曲線表現(xiàn)為明顯的雙峰狀，煤層間接底板發(fā)育有兩層灰?guī)r，電阻率曲線和自然伽馬曲線都以高于煤層幅值的箱狀反映，厚度上小下大(圖2)。

4 煤層穩(wěn)定性評價

4.1 影響煤層穩(wěn)定性因素

4.1.1 地殼運(yùn)動對煤層穩(wěn)定性的影響

中晚二疊世時期發(fā)生了東吳運(yùn)動，大面積的臺地隆升使得中二疊世晚期的茅口組形成了廣闊的剝蝕殘積平原，也讓貴州成為了沉積坳陷和聚煤的中心位置；隨后貴州發(fā)生了安源運(yùn)動、燕山運(yùn)動及喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動，臺地相互碰撞、俯沖，對貴州煤層連續(xù)性、煤層特征均有較大影響[8]。

4.1.2 構(gòu)造作用對煤層的破壞

研究區(qū)內(nèi)斷層以北北東向、北東向為主，少量北西向。從平面分布看，全區(qū)均有斷層發(fā)育，尤以研究區(qū)北部和東部一帶比較發(fā)育，其中西北部和東北部斷層因傾向?qū)ρ芯繀^(qū)煤層影響較大，而東南部大部分?jǐn)鄬觾A向研究區(qū)外部，對研究區(qū)煤層影響較小[9]。

4.1.3 煤層厚度變化對煤層穩(wěn)定性影響

在不同沉積體系、沉積環(huán)境及不同的構(gòu)造應(yīng)力作用下，煤層的分岔、尖滅、變厚、變薄是不可避免的，它直接影響到煤層連續(xù)性、穩(wěn)定性，影響到煤層儲量、開采條件和礦山服務(wù)年限、規(guī)模等[10-11]。

4.2 煤層穩(wěn)定性評價指標(biāo)

4.2.1 煤層厚度指標(biāo)評價

煤層厚度變異系數(shù)是評定煤層穩(wěn)定性的一項定量指標(biāo)，它直接反映了煤層厚度變化的相對大小，主要利用變異系數(shù)（S）和標(biāo)準(zhǔn)差（V）進(jìn)行評定，評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 煤層變異系數(shù)（V值）評價標(biāo)準(zhǔn)

式中：xi——各見煤點(diǎn)采用厚度；

n——鉆孔見煤點(diǎn)數(shù)量。

4.2.2 煤層的可采性指標(biāo)評價

煤層可采性指數(shù)是表示礦區(qū)內(nèi)可采煤層所占比例的參數(shù)，其評定參數(shù)為可采率（N）和可采指數(shù)（P），評價標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 煤層可采性（P值)標(biāo)準(zhǔn)

4.2.3 煤的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性評價

簡單結(jié)構(gòu)：單一煤層見煤點(diǎn)在60%以上，而無大于兩層的夾矸。

較簡單結(jié)構(gòu)（中等）：單一及含一層夾矸的見煤點(diǎn)在60%以上。

較復(fù)雜：含兩層夾矸以上的見煤點(diǎn)在40%以上。

復(fù)雜結(jié)構(gòu)：不符合上述條件的煤層。

4.3 煤層穩(wěn)定性評價結(jié)果

根據(jù)煤層厚度、可采情況及其煤層結(jié)構(gòu)的分析：6、8、9、13 煤層的厚度變異系數(shù)分別為52.46%、62.12%、48.65%、64.52%；6、8、9 煤層可采指數(shù)分別為68%、67%、77%，為大部可采煤層，13 煤層可采指數(shù)為47%，為局部可采煤層；6、8、9、13煤層一般不含夾矸，為簡單結(jié)構(gòu)；均為較穩(wěn)定煤層（表4）。

表4 可采煤層穩(wěn)定性特征表

5 結(jié)語

流長研究區(qū)含煤地層為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M，含可采煤層4 層（6、8、9、13），控制可采煤層的標(biāo)志層有3 層，B1 控制了6 煤層，位于6 煤層頂部，B2 控制了9 煤層，上距9煤層平均7.58m，B3控制了13煤層，上距13煤層6.09m；不同的煤層有著不同的物性特征，6、8煤層各曲線由單峰狀到雙峰狀，伽馬伽馬曲線幅值較大，9 煤層夾在兩高自然曲線的巖性之間，伽馬伽馬曲線呈上小下大的雙峰狀，13煤層各曲線表現(xiàn)為明顯的雙峰狀；根據(jù)煤層厚度、可采情況及其煤層結(jié)構(gòu)的分析，6、8、9、13均為較穩(wěn)定煤層。