新疆砂墩子煤礦煤層地質特征及瓦斯賦存規(guī)律研究

張杭林

（晉能控股煤業(yè)集團潞新公司砂墩子煤礦，新疆哈密839000）

1 地層

井田內出露地層由老到新依次為古生界的石炭系（C），中生界侏羅系的中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x），新生界下古近系（E）,第四系（Q）?，F(xiàn)分述如下：

（1）古生界石炭（C）。下統(tǒng)雅滿蘇組（C1y），厚度不詳,僅在井田外東北部少量出露，主要由深灰綠色的安山玢巖、淡紅色石斑巖、流紋巖及灰白—淺紅色火山角礫巖、大理巖、變質砂巖等組成。井田1′-0、3′-4、2-9、9-2、13-2鉆孔見該層位。

（2）中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）。中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）鉆孔1′-0、3′-4、2-9、9-2、13-2 揭露該地層，其厚度36.51～639.56m。按巖相及巖性的不同分為三個段。

下段：屬湖泊沼澤相。巖性以灰—深灰色砂巖、粉砂巖為主，中夾礫巖及薄層的泥巖、炭質泥巖、菱鐵礦和薄煤層等。厚度23.43～99.34m，平均厚度60.03m。

中段：屬淺湖泊相。巖性以灰色粉細砂巖互層為主，夾礫巖、薄層的菱鐵礦、炭質泥巖等。含煤13 層（1-3、1-2、1-1、1-0、4-7、4-6、4-5、4-4、4-3、4-2、4-1、4-0、5號煤層），其中1-1號、4-1號煤層為可采煤層，其余煤層薄且不穩(wěn)定，均為零星可采、不可采。厚度89.52～144.71m,平均厚度117.92m。

上段：屬河流相。為一套灰—灰黃綠色，巨厚層狀礫巖、砂巖、夾薄層粉砂巖。厚度138.29～395.51m,平均厚度217.42m。

與下伏地層呈不整合接觸。

（3）古近系（E）。古近系漸新統(tǒng)鄯善群（E）廣泛出露于井田,地震資料表明井田新生界厚度變化情況為：由北向南逐漸增厚，東薄西厚，厚度為220～360m，南北最大厚度差140m，坡角1°～4°。經本次勘查,鉆孔揭露全層厚度0.34～348.83m，平均厚度327.35m。其空間分布特征與地震解釋成果基本一致。

現(xiàn)敘述如下：

底部為雜色礫巖與淺紅色粘土結核狀泥巖組成，與下伏地層呈不整合接觸。

大雪紛飛的冬天，呼朋喚友，圍坐著吃火鍋，可是一件相當幸福的事情?；疱伈粌H是當今社會人們最喜歡的美味之一，也是古人熱愛的菜式之一。那么火鍋起源于何時，又有著怎樣的發(fā)展歷程呢？

中部分為三組：第一組由白色—淡紅色，富含鈣質結核之鈣質砂巖、礫巖及礫狀灰?guī)r組成；第二組為淡紅色砂礫巖，含鈣質結核較多，砂巖次之，呈不均一狀互層；第三組以淡紅色泥質砂巖為主，含白色鈣質結核夾礫巖。上部以淡紅色泥巖為主，夾薄層的淡紅色砂巖、礫巖。

（4）第四系全新統(tǒng)（Q4apl）。區(qū)內廣泛分布，巖性以灰褐、雜色礫石、砂礫石層為主，夾薄層的砂及亞砂土，與下伏地層呈不整合接觸。井田鉆孔揭露全層厚度0.20～29.13m，平均厚度6.06m。

2 含煤地層

井田含煤地層為中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x2）中段，淺湖泊相沉積，巖性以細砂巖為主，夾礫巖、薄層的菱鐵礦、炭質泥巖等。含煤13層其中1-1號、1-0、4-1號煤層為可采煤層，其余煤層薄且不穩(wěn)定，均為零星可采、不可采。分述如下：

（1）1-1號煤層。1-1號煤層位于西山窯組中段的上部部，井田內有78個鉆孔穿過該層位，其中未見煤點3 個，見煤點75 個,見煤點中可采點53 個?？刹擅娣e48.72km2，面積可采系數(shù)為41.0%。含夾矸0～1 層的見煤點有33個，含夾矸2層的見煤點有10個，夾矸大于等于3 層的見煤點有10 個，煤層結構簡單。煤類為不粘煤。該煤層屬大部可采的較穩(wěn)定煤層。煤層總厚在0～8.27m之間，平均總厚3.59m；可采厚度在0.85～8.27m之間，平均厚度5.07m，屬厚煤層。煤層頂板巖性以粉砂巖為主，細砂巖、粗砂巖次之，局部夾炭質泥巖。底板巖性以粉砂巖、炭質泥巖為主，細砂巖次之。與下部的1-0號煤層的平均間距5.30m。

根據(jù)井田內7′線上施工的7-4孔及9′線上的9′-1、9′-2孔控制的含煤地層可知，1-1號煤層所在含煤層段在7′線以西尖滅。

（2）1-0號煤層。1-0號煤層位于西山窯組中段的上部，井田內施工鉆孔中有56個鉆孔控制該層位，其中未見煤點7個，見煤點49個，見煤點中可采點29個?？刹擅娣e24.26km2，面積可采系數(shù)為20.4%。含夾矸0～1層的見煤點有29 個，煤層結構簡單。煤類為不粘煤。該煤層屬局部可采的不穩(wěn)定煤層。煤層總厚在0～2.25m之間，平均總厚0.82m；可采厚度在0.84～2.25m之間，平均厚度1.24m，屬薄煤層。煤層頂板巖性以粉砂巖、細砂巖為主，局部地段夾薄層炭質泥巖。底板巖性以粉、細砂巖為主，粗砂巖、炭質泥巖次之。與下部的4-7號煤層的平均間距59.99m。

該煤層分布在6′線以東、11 線以西，局部地段可采，向東、西兩側煤層變薄至尖滅。

根據(jù)井田內7′線上施工的7-4孔及9′線上的9′-1、9′-2孔控制的含煤地層可知，4-1-1號煤層所在含煤層段在7′線以西尖滅。

3 構造

礦區(qū)位于哈密盆地的北緣，褶皺斷裂活動均較強烈，地層走向、褶曲軸向及斷裂走向等構造線總體為北東東向，燕山期構造運動為區(qū)內主要構造的形成期和復活期。區(qū)內褶皺簡單，斷裂較發(fā)育，主要有F1、F2、F3、F4斷層，井田位于西山背斜的西傾覆端，為一單斜、伴有較多斷層，局部褶皺發(fā)育。地層傾角3°～15°。現(xiàn)綜合敘述如下。

3.1 褶皺

（1）主體大褶曲——西山復式背斜。西起砂墩子礦區(qū)，向東呈近東西向橫貫全區(qū)，長達45km。向西傾伏，東部翅起。軸向西部為北西西向，中部為東西向，東部為北東東向。軸部為石炭、二疊系地層，翼部為中、新生界地層，北翼較緩，地層傾角4°～10°，南翼較陡，地層傾角5°～15°（近斷層處可達25°以上）。由于受后期構造運動的影響，導致南北兩翼產生次級、更次級的不等級別小褶曲，統(tǒng)屬西山復背斜。翼部中裸露有中侏羅統(tǒng)的西山窯組地層，其下部為賦煤巖系，且含該項目的主要工作對象4 煤層。由于南翼被F1逆沖斷裂破壞，致該褶曲南北兩翼呈不對稱狀。

（2）次級小褶曲。西山復式背斜的北翼，依次出現(xiàn)多個平行排列的背向斜，延展長度短、影響范圍不大、規(guī)模小，且軸向和西山復式背斜軸向一致的小褶曲，為西山大背斜形成后漸次生成的次級褶皺，為西山復式背斜北翼的組成部分。西山復式背斜的南翼，西部砂墩子礦區(qū)，基本上為南傾的單斜層（地震波顯示有輕度起伏），而東部的砂棗泉井田中，有數(shù)條北東軸向、平行排列、長度1km左右的小褶曲。

（3）沙爾背斜：呈“弓”形，向西北、東南方向延伸，穿插井田內南端，長達數(shù)千米，軸向近東西向，東翹西伏，東部向東南翹起，西部向西北翹起。北翼傾角10°～12°，南翼開闊，傾角稍緩，7°～8°。

（4）W1向斜：呈“弓”形，向西北、東南方向延伸，穿插礦區(qū)內南端，長度約16km，軸向近東西向，東翹西伏。北翼主要在井田內，傾角在5°～12°。

（5）三道嶺向斜：位于三道嶺—砂棗泉的南側，為一軸向近東西的開闊狀向斜，于礦區(qū)外南部地表均為新生界地層，為前人所劃，未見任何資料。

3.2 斷裂

燕山構造期中，區(qū)內主要受南北擠壓應力的影響，地層發(fā)生褶皺，同時產生斷裂。其斷裂的主要特點是：以走向逆沖斷裂為主，規(guī)模較大，對含煤地層有較大破壞，而傾向斷層以正斷層為主，規(guī)模較小，對含煤地層影響較小。主要斷裂分述如下：

（1）F1逆沖斷層。該斷裂位于井田的北部，呈向南突出的“弓”形展布。西段居于砂墩子礦區(qū)的北側沿北西方向伸于區(qū)外，逆沖面北東傾，傾角45°以下，垂直斷距約50m；中段為三道嶺礦區(qū)的南界，逆沖面向北傾，逆沖面傾角45°以下，垂直斷距約500m；東段沿砂棗泉井田的南界沿北東方向伸于區(qū)外，逆沖面北西角，傾角為80°?？傮w而言，本斷層橫貫全區(qū)且連于區(qū)外，為規(guī)模大的自北而南逆沖推覆構造，對煤田有一定破壞作用。

（2）F2逆沖斷層。隸屬于F1的同組配套斷層，規(guī)模次于F1斷層。西起砂墩子礦區(qū)東，和F1斷層交合，沿東西方向向東延伸，至一礦東急轉為近南北向交匯于F1斷裂上。為一走向斷層，斷面向南至南西傾，斷面傾角28°～64°（印證了逆沖斷層上陡下緩的特征），落差15～40m，部分侏羅系被剝蝕。

（3）F3正斷層。該斷層經西山區(qū)，沿近東西方向延伸，橫貫區(qū)內且連于區(qū)外，為一規(guī)模較大的正斷層，區(qū)內長度約20km。斷面北傾，傾角27°～79°，落差約50～250m，落差由西向東逐漸增大，對區(qū)內煤田有一定破壞，部分地段使賦煤地層埋藏變深。

（4）F4逆沖斷層。位于后窯井田—砂棗泉井田的北側，軸向近東西，亦為走向斷層，東端與F1斷層相交，據(jù)區(qū)內資料整體分析，仍為F1逆沖斷層的配套斷層，即以F1大的逆沖斷裂為主體，伴生組合有次級構造，形成上陡下緩的多個次級逆沖面和多個地質片體。

（5）傾向小斷層。區(qū)內的主體褶斷方向為北東東向，為南北擠壓應力下的構造形跡，同時伴生有東西向的小張力作用，從而產生了數(shù)量多、規(guī)模小的近南北向及北北東向的小斷層（如F101、F105）。這些斷層以正斷層為主，延展長度短，落差?。ǘ鄶?shù)落差為5～10m），對礦區(qū)煤層有一定影響。

4 地質構造復雜程度評價

本井田位于井田總體處于西山復式背斜的南翼，單斜構造，褶皺發(fā)育很少。地層傾角較緩。井田內雖然斷裂存在較多，但主要斷裂地處本井田的北部及中南部，地震勘探控制程度較高。首采區(qū)內的斷裂多為0～5m，對4-1號煤層影響有限，因此首采區(qū)構造復雜程度確定為二類中等構造類型。

5 煤層穩(wěn)定程度評價

砂墩子煤礦可采煤層三層，其中1-1 號煤層面積可采系數(shù)為41.0%，煤層結構簡單，煤層屬厚煤層；1-0號煤層面積可采系數(shù)為20.4%，煤層結構簡單，屬薄煤層；4-1號煤層面積可采系數(shù)為59.6%，煤層結構簡單，屬大部可采的較穩(wěn)定厚煤層。

井田內主要煤層變質程度較低，為不具粘結性的(21BN-31BN)不粘煤。各煤層的原煤干燥基高位發(fā)熱量(Qgr.d)平 均 在27.78～28.86MJ/kg 之 間，平 均 值 為28.34MJ/kg。

煤中有害元素包括硫、磷、氟、氯、砷等元素，各采樣點原煤全硫在0.06%～0.83%之間，浮煤全硫在0.03%～0.38%之間。各煤層原煤全硫在0.16%～0.24%之間，平均值為0.21%；浮煤全硫在0.14%～0.28%之間，平均值為0.20%。各煤層原煤磷含量在0.001%～0.133%之間，平均值為0.012%。各煤層原煤氟含量在49～282μg/g之間，平均值為95μg/g。各煤層原煤氯含量在0.015%～0.292%之間，平均值為0.074%。各煤層原煤砷含量在1～5μg/g之間，平均值為2μg/g。井田內各煤層有害元素含量具有以下特征：特低硫、特低—低磷、特低—高氟、特低—中氯、特低—低砷煤，煤中有害元素含量總體較低。井田煤層煤質變化較小，發(fā)熱量較高，有害元素含量相對較低，是優(yōu)質的火力發(fā)電用煤，工業(yè)鍋爐和民用燃料。最終評定為較穩(wěn)定煤層。

6 礦井瓦斯賦存規(guī)律

煤層的瓦斯變化規(guī)律，其一，煤層的瓦斯含量一般隨煤層埋藏深度的增加而有升高之趨勢；其二，煤層瓦斯含量一般在厚煤層中相對富集。

瓦斯梯度：即指煤層中沼氣含量平均每增加1m3/t的煤層下延深度。計算公式：

式中：a——相對的沼氣含量梯度；

H——煤層的某一深度，一般采用某一水平的平均深度；

H0——瓦斯逸散帶深度；

q——煤層深度為H的沼氣含量;

q0——瓦斯逸散帶下界的沼氣含量，經計算1-1號煤層、4-1號煤層瓦斯梯度平均分別為14.76、74.4。

7 結論

井田總體位于寬緩背斜西山背斜的南翼，由北向南傾向依次為西—南西—南，沿傾向發(fā)育少量寬緩的次級褶皺，井田內斷層較發(fā)育。井田內含煤地層為侏羅系中統(tǒng)西山窯組，可采煤層三層，為1-1煤層、1-0煤層、4-1煤層，主要可采煤層厚度有一定變化，但規(guī)律性較明顯，結構簡單。各煤層煤質相近。煤層為較穩(wěn)定煤層。井田內煤層的瓦斯變化隨煤層埋藏深度的增加而有升高之趨勢，煤層瓦斯斯梯度明確，瓦斯分類為中等。