山西西山煤電股份有限公司西銘礦煤炭地質(zhì)特征淺析

劉云云

（山西省太原市西山煤電集團西銘礦，山西太原 030024）

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地層及含煤地層

1.1.1 區(qū)域地層

本井田位于山西陸臺太岳南北經(jīng)向構(gòu)造帶與陽曲—盂縣緯向構(gòu)造亞帶聯(lián)合部位的東南隅，是鑲嵌在“祁呂賀”山字形構(gòu)造東翼內(nèi)帶與汾河挽近盆地之間的一個石炭、二疊系含煤盆地，古老的巖系廣布于煤田西部、北部，形成西北部高高抬起，向南傾斜的復式向斜盆地。

前寒武系及上古生界寒武、奧陶系地層在煤田西側(cè)、北端廣布，構(gòu)成呂梁山脈主體和煤系基底。煤田東、東南部由于斷裂抬起，奧陶系地層也有出露。礦區(qū)石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組，上統(tǒng)上石盒子組、石千峰組，三疊系下統(tǒng)劉家溝組、和尚溝組，中統(tǒng)二馬營組出露良好。新生界第三、四系不整合覆蓋于老巖層之上，巖性為紅土和黃土及河流沖積物砂、礫石及淤泥等。

本井田位于西山煤田構(gòu)造盆地的東北邊緣部位，本井田地層出露由東向西，由老至新依次為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組及峰峰組，石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組及下石盒子組、上統(tǒng)上石盒子組及石千峰組，第三、第四系松散沉積不整合于不同時代基巖之上。

綜上所述，煤礦內(nèi)地層旋回結(jié)構(gòu)清晰，標志層特征明顯，煤層層位穩(wěn)定，各組段巖性組合、巖層顏色等都有較大區(qū)別。本溪組以含鐵鋁巖類為特征。太原組為一套砂巖、頁巖夾灰?guī)r和煤層的海陸交互相含煤地層，底部以灰白色細—中粒砂巖（K1）與本溪組分界，由下而上依次有L1、K3、L4、K4、L5等標志層，同時，6、7、8、9號煤層厚度和層位也可作為明顯的對比標志。山西組為一套由黑色頁巖、砂巖、泥巖及煤線組成的脫離了海侵的影響，轉(zhuǎn)入了過渡相、陸相沉積的含煤地層，底部以厚層狀細—粗粒石英雜砂巖（K5）與太原組分界，2號和3號煤層也可作為明顯的對比標志。因此，煤礦煤巖層對比主要采用標志層對比法和煤層特征對比法，配合組段的特有顏色、巖性組合特征和層間距以及古生物組合特征等。地層的劃分對比可靠，特別是煤系的劃分和主要煤層對比可靠。

1.1.2 含煤地層

煤礦含煤地層主要為上石炭統(tǒng)太原組（C3t）和下二疊統(tǒng)山西組（P1s）。現(xiàn)分述如下：

太原組（C3t）：以晉祠砂巖（K1）連續(xù)沉積于本溪組之上。由深灰色石灰?guī)r、泥灰?guī)r，灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、粉砂巖、黑色炭質(zhì)泥巖和5層煤組成。為煤礦主要含煤地層之一。全組厚63.83～113.05m，平均88.32m，為海相—過渡相沉積，巖煤層較為穩(wěn)定，地層對比依據(jù)充分可靠，。

山西組（P1s）：由K5砂巖底至K6砂巖底，是煤礦另一主要含煤地層。由灰白色砂巖、深灰色砂質(zhì)泥巖及黑色泥巖為主體，含5層煤。

1.2 構(gòu)造

井田總體構(gòu)造形態(tài)為背、向斜相間的褶曲構(gòu)造，走向、傾向受褶曲構(gòu)造控制，地層傾角2°～12°，一般6°左右。東北部小臥龍賽莊向斜、玉門溝背斜、冀家溝背斜和石千峰向斜為煤礦主體構(gòu)造，在此基礎(chǔ)上發(fā)育次一級的一系列北東和北西向的短軸褶曲，褶曲兩翼寬緩，褶曲軸向多呈弧形或“S”形。并伴生較多落差大小不等的斷層，煤礦淺部尤為明顯，致使煤礦地層走向在局部范圍內(nèi)有一定變化。井田斷層多為北東及北西向，且以北60°～70°東為主，并有規(guī)律性成帶狀排列。煤礦大于20m 以上的斷層極少，為隨老母—磺廠—賽莊斷層和玉門溝斷層，且分布于煤礦邊緣，為煤礦的自然邊界，對采區(qū)劃分無影響。但落差5～10m的斷層較多且走向延伸較長，對采掘工作面布置和安全生產(chǎn)帶來一定的影響。

由于受馬蘭向斜的影響，煤礦內(nèi)發(fā)育次一級的褶曲構(gòu)造構(gòu)成煤礦的基本構(gòu)造形態(tài)。東北部小臥龍賽莊向斜、玉門溝背斜、冀家溝背斜和石千峰向斜等為煤礦主體構(gòu)造，褶曲兩翼地層傾角平緩，呈不對稱褶曲。褶曲對采區(qū)劃分和工作面布置雖無大影響，但在生產(chǎn)過程中增加了運輸和排水等的困難?，F(xiàn)將煤礦主要褶曲構(gòu)造情況分述如下：

本井田主要斷層走向與主要褶曲軸向大體一致，但斷層多為中小型斷層、大斷層極少，斷層多呈階梯狀或地壘地塹構(gòu)造。主要大斷層為隨老母—磺廠—賽莊斷層和玉門溝斷層，分布于煤礦邊緣，為煤礦自然邊界，對盤區(qū)劃分無影響；本井田斷層較發(fā)育，其中中小型斷層較多，且走向延伸較長對采掘工作面布置和安全生產(chǎn)帶來一定的影響。本井田2 號煤層已發(fā)現(xiàn)斷層208 條，其中落差大于等于5m 的斷層有12 條，落差小于5m 的斷層有193 條；3上號煤層已發(fā)現(xiàn)斷層70 條，其中落差大于等于5m的斷層有11條，落差小于5m的斷層有59 條；3下號煤層已發(fā)現(xiàn)斷層21 條，其中落差大于等于5m 的斷層有7 條，落差小于5m 的斷層有14 條；8號煤層已發(fā)現(xiàn)斷層646條，其中落差大于等于5m的斷層有32條，落差小于5m的斷層有614條；9號煤層已發(fā)現(xiàn)斷層66條，其中落差大于等于5m的斷層有30條，落差小于5m的斷層有36條。

1.3 含煤地層特征

西銘井田內(nèi)主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)和石炭系上統(tǒng)太原組（C3t），含煤地層總厚151.91m。含煤10 層，由上而下依次為1、2、3上、3下、4、6、7、8、9、11 號煤層，煤層總厚14.76m，含煤系數(shù)10.06%。其中可采煤層為2、3上、3下、6、7、8、9 號共七層，可采煤層總厚13.83m，可采含煤系數(shù)為9.43%。

山西組(P1s)：地層總厚52.08m，含煤5 層，由上而下依次為1、2、3上、3下、4號煤層。煤層總厚6.07m，含煤系數(shù)為11.66%。其中2、3上、3下號煤層為可采煤層，可采煤層總厚為5.31m，可采含煤系數(shù)為10.20%。

太原組（C3t）：地層總厚94.63m，含煤5 層，由上而下依次為6、7、8、9、11 號煤層。煤層總厚8.69m，含煤系數(shù)為9.18%。其中6、7、8、9號四層煤為可采煤層，11號煤為不可采煤層，可采煤層總厚8.55m，可采含煤系數(shù)為9.04%。

西銘井田可采煤層7層，即2、3上、3下、6、7、8、9號共7層，現(xiàn)分述如下。

2 煤巖層對比

井田內(nèi)含煤地層沉積穩(wěn)定，局部煤巖層露頭清楚，巖性組合具有一定的規(guī)律，標志層比較發(fā)育，且與煤層層位基本穩(wěn)定，頂?shù)装鍘r性變化不大，

煤系地層沉積旋回結(jié)構(gòu)清晰，特別是大中型旋回清晰。煤系中動植物化石豐富，標志層與煤層本身特征明顯，這為煤層對比提供了可靠依據(jù)。

2.1 巖相—旋回分析法對比地層

整個煤系為一大型旋回，從K1晉祠砂巖至K6駱駝脖砂巖基本表現(xiàn)了一個海進到海退的完整旋回結(jié)構(gòu)。煤層分布在海進和海退高峰的兩側(cè)，故礦區(qū)煤層多分布在煤系的中部，且上段和下段煤層發(fā)育，中段表現(xiàn)了明顯的過渡特點，故中組煤的發(fā)育不佳?；旧咸M表現(xiàn)了海進的產(chǎn)物，山西組表現(xiàn)了海退的產(chǎn)物。煤系包括三個中型沉積旋回，從晉祠砂巖到駱駝脖砂巖的出現(xiàn)，清楚地表現(xiàn)出經(jīng)歷了海西期運動三幕的影響，造成了四個侵蝕面和底礫巖。其中每層砂巖層的出現(xiàn)都標志著一個旋回的開始。如K1晉祠砂巖到K4七里溝砂巖的出現(xiàn)為第一個中型沉積旋回；從K4七里溝砂巖到K5北岔溝砂巖的出現(xiàn)為第二個中型沉積旋回；從K5北岔溝砂巖到K6駱駝脖砂巖的出現(xiàn)為第三個中型沉積旋回，嚴密地控制著上、中、下三個含煤組。

根據(jù)以上大中型沉積旋回的分析，準確地確定煤系下限和上限。同時，確定了三個煤組在沉積中的不同環(huán)境和發(fā)育程度的差異。

2.2 根據(jù)煤層的頂?shù)装鍘r性和標志層進行對比

如太原組的11號煤位于晉祠砂巖和9號煤層底礫巖之間，在礦區(qū)僅以煤線出現(xiàn)。8、9號煤層位于廟溝灰?guī)r之下部，廟溝灰?guī)r和毛兒溝灰?guī)r相隔4～8m，2 層灰?guī)r全區(qū)層位穩(wěn)定。7號煤層在斜道灰?guī)r之下，該灰?guī)r全區(qū)層位穩(wěn)定。6號煤層位于K4七里溝砂巖之上，東大窯灰?guī)r之下砂質(zhì)泥巖中間。

山西組的4號煤層位于K5北岔溝砂巖之上。3上、3下號之間常見6m左右厚的砂巖體，俗稱冀家溝砂巖。2號煤層位于3上號煤層頂部之砂質(zhì)泥巖—細砂巖之上。1號煤層位于2號煤層上部中砂巖與K6駱駝脖砂巖之間。

2.3 利用煤層本身的厚度及煤層間距進行對比

西銘礦煤層厚度在2m 以上的煤層有2、8、9 號煤層，且8 與9 號煤層、3下與2 號煤層為近距離煤組出現(xiàn)。7號煤層位于斜道灰?guī)r之下，煤厚1.0m左右，故易于識別。4 煤層附近的巖石所產(chǎn)動植物化石對煤層對比也起著非常重要的作用。7、8 號煤層頂板石灰?guī)r中含有豐富的腕足類海相動物化石。在2 號煤層上覆之泥巖或砂質(zhì)泥巖中含羊齒類植物化石。

3 煤巖、煤質(zhì)

3.1 物理性質(zhì)和煤巖特征

物理性質(zhì)：西銘礦井田內(nèi)各可采煤層顏色和條痕均為黑色，玻璃光澤，貝殼狀或參差狀斷口，呈細條帶狀、均一狀、線理狀等結(jié)構(gòu)，且以細條帶狀結(jié)構(gòu)為主，層狀構(gòu)造及塊狀構(gòu)造。煤層的硬度為2～3。煤層的內(nèi)生裂隙較發(fā)育，外生裂隙不發(fā)育。

煤巖特征：西銘礦井田的煤巖以光亮型、半亮型、半暗型為主為主。底部1.8～2.0m以光亮型為主；中部為半亮型；上部偶有浸染狀黃鐵礦，灰分含量較高，則以半亮型、半暗型為主。凝膠化組分含量為66.27%～79.22%。過渡組分含量為18.72%～29.00%，煤中礦雜質(zhì)總量為7.49%，黃鐵礦含量為0.5%。基質(zhì)的凝膠化程度差，在反光鏡下顏色較淺，呈不均勻狀，木質(zhì)輪廓不甚清晰，少見絲質(zhì)組分，常見木質(zhì)半絲炭化大孢子和半絲炭為主的擬真菌—硬核體。粘土礦物含量高達10%以上，常呈茭形大片狀分布。含少量黃鐵礦。黃鐵礦多呈微細晶體散染在凝膠化基質(zhì)中，甚至交代了形態(tài)分子，時有橢圓狀、透鏡狀、瘤狀黃鐵礦結(jié)核，從而使硫分含量較高。

3.2 化學性質(zhì)

灰分（Ad）：原煤6.41%～33.92%，平均16.70%，為特低灰—中高灰以低灰煤為主；浮煤4.57%～11.91%，平均7.67%。揮發(fā)分（Vdaf）：原煤14.77%～20.74%，平均18.22%；浮煤10.62%～17.92%，平均16.19%，為低揮發(fā)分煤。硫分（St，d）：原煤0.33%～1.95%，平均0.79%，為特低硫-中硫以低硫煤為主；浮煤0.36%～0.73%，平均0.50%。磷分（Pd）：浮煤0.0004%～0.0120%，平均0.0039%，為特低磷—低磷分以特低磷煤為主。發(fā)熱量（Qgr，d）：原煤19.95～36.46MJ/kg，平均32.37MJ/kg，為中低—特高發(fā)熱量以特高發(fā)熱量煤為主；浮煤27.90～36.59MJ/kg，平均33.31MJ/kg。膠質(zhì)層厚度（Y）：浮煤0～15.5mm，平均8.04mm。粘結(jié)指數(shù)（GR·I）：浮煤15.00～74.00，平均56.69，為弱粘結(jié)—強粘結(jié)以中強粘結(jié)煤為主。

3.3 煤種

煤類劃分按《中國煤炭分類國家標準(GB/T5751-2009)》進行。煤類劃分指標為浮煤可燃基揮發(fā)分(Vdaf)、膠質(zhì)層最大厚度(Y)和粘結(jié)指數(shù)(G)。

2 號煤層：浮煤可燃基揮發(fā)分(Vdaf）為10.62%～17.92%，平均16.19%；膠質(zhì)層最大厚度(Y)為0～15.5mm，平均8.04mm；粘結(jié)指數(shù)（GR·I）：浮煤15.00～74.00，平均56.69。因此，2 號煤層煤種以瘦煤為主、少量為焦煤和貧瘦煤。

3上號煤層：浮煤可燃基揮發(fā)分(Vdaf）為14.33%～18.41%，平均16.51%；膠質(zhì)層最大厚度(Y)為0～11mm，平均6.04mm；粘結(jié)指數(shù)（GR·I）：浮煤23.0～61.0，平均47.0。因此，3上號煤層煤種為瘦煤。

3下號煤層：浮煤可燃基揮發(fā)分(Vdaf）為14.33%～19.39%，平均16.55%；膠質(zhì)層最大厚度(Y)為0～15.5mm，平均7.36mm；粘結(jié)指數(shù)（GR·I）：浮煤16～61，平均38.31。因此，3下號煤層煤種主要為瘦煤、少量為貧煤和貧瘦煤。

6 號煤層：浮煤可燃基揮發(fā)分(Vdaf）為14.21%～18.65%，平均16.63%；膠質(zhì)層最大厚度(Y)為4.0～9.0mm，平均6.7mm；粘結(jié)指數(shù)（GR·I）：浮煤39.0～46.0，平均42.50。因此，6號煤層煤種為瘦煤。

7 號煤層：浮煤可燃基揮發(fā)分(Vdaf）為13.11%～16.48%，平均15.25%；膠質(zhì)層最大厚度(Y)為0～13.0mm，平均3.65mm；粘結(jié)指數(shù)（GR·I）：浮煤14.0～56.0，平均35.0。因此，7號煤層煤種以瘦煤為主、少量為貧瘦煤。

8 號煤層：浮煤可燃基揮發(fā)分(Vdaf）為11.89%～19.52%，平均13.96%；膠質(zhì)層最大厚度(Y)為0～5mm，平均0.26mm；粘結(jié)指數(shù)(G) 浮煤0～32.00，平均7.13。因此，8號煤層煤種以貧瘦煤為主，少量為貧煤和瘦煤。

9 號煤層：浮煤可燃基揮發(fā)分(Vdaf）為11.41%～17.20%，平均13.64%；膠質(zhì)層最大厚度(Y)為0～3.00mm，平均0.06mm；粘結(jié)指數(shù)(G)浮煤0～14.00，平均4.53。因此，9號煤層煤種以貧煤為主，少量為貧瘦煤。