山西省沁水煤田東掌研究區(qū)可采煤層特征及穩(wěn)定性評價

劉海濱

（山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊有限公司，山西長治 046000）

東掌煤礦位于山西省長治市上黨區(qū)南宋鎮(zhèn)東側(cè)趙村—東掌村一帶，該研究區(qū)地質(zhì)工作始于1917 年王竹泉在本地區(qū)做過礦產(chǎn)調(diào)查，1957～1958 年山西省煤管局114隊在長治區(qū)進(jìn)行了普查勘探找煤工作。1983～1984 年山西省地礦局二一二地質(zhì)隊勘查了王莊煤礦，大致了解了其所有可采煤層的結(jié)構(gòu)、厚度以及層位的情況，本研究參考前人的成果，通過標(biāo)志層以及煤層間距法等，采集有關(guān)資料與數(shù)據(jù)，分析評價了研究區(qū)煤層的穩(wěn)定性與特征，希望可以為后續(xù)的開發(fā)提供依據(jù)，使開發(fā)工作可以順利推進(jìn)。

1 研究區(qū)地質(zhì)

地層從老到新的依次是奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）、石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）、石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x）、二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）、第四系中更新統(tǒng)（Q2）、第四系中更新統(tǒng)（Q3）與第四系全新統(tǒng)（Q4），具體為：

O2f：該組屬于含煤地層基底，石灰?guī)r占比相對較高。區(qū)域全組厚度為146m，揭露最大厚度為18.01m。

C2b：灰—灰黃色泥巖主要分布于其上層部分，鐵質(zhì)泥巖夾薄層砂質(zhì)泥巖或淺灰色鋁土質(zhì)泥巖存在于其該組的下部，底部的一些區(qū)域存在黃鐵礦，主要為星散狀、團(tuán)塊狀與結(jié)核狀。最大厚度為9.16 米，最小厚度為2.37米，厚度的均值為4.50米。

C3t：該組為研究區(qū)的一個重要的含煤層，主要構(gòu)成分部是石灰?guī)r、煤層、砂質(zhì)泥巖、泥巖與砂巖，屬于海陸交互相含煤沉積巖系，最大厚度為111.28 米，最小厚度為103.15米，厚度的均值為109.35米。

P1s：該組的主要構(gòu)成部分是煤層、泥巖、砂質(zhì)泥巖與砂巖，屬于陸相含煤巖系地層，有3個含煤層，區(qū)域的中下部為3號煤層，穩(wěn)定性相對較高。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖

P1x：該組主要在井田的西北與中部地區(qū)，分布相對較少，以泥巖、砂質(zhì)泥巖與砂巖為主，具體有較多的鋁土，最大厚度為62.55 米，最小厚度為55.87 米，厚度的均值為59.75 米，沉積在下伏地層，整合接觸，具有連續(xù)性。

P2s：該組在下石盒子組以上，處于連續(xù)沉積的狀態(tài)，屬于河流相沉積巖系，以泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖為主，主要為灰黃色與灰綠色，厚度的最大值是108.31米，一般在西北與南部分布。

Q2：該組含鈣質(zhì)結(jié)核，亞粘土較多，為淺紅色，厚度的最大值為45米，厚度的均值為20米。

Q3：該組的亞粘土夾砂礫石層與亞砂土較多，顏色為土黃或是淺黃色，厚度的最大值為18米，均值為8米。

Q4：巖性主要為粉砂土及砂礫層、卵石層。厚0～22m，平均5.00m。

2 可采煤層特征

井田內(nèi)可采煤層為3號和15號煤層，2層煤均全區(qū)穩(wěn)定可采，現(xiàn)分述如下：

3 號煤層：位于山西組中下部，上距下石盒子組底K8砂巖37.67～44.05m，平均40.56m，下距K7砂巖0.45～9.36m 平均5.76m。煤層厚2.42～7.63m，平均4.95m，煤層厚度變異系數(shù)為22%，可采性指數(shù)為1，本區(qū)3號煤層穩(wěn)定、厚度大，呈現(xiàn)北西部略厚，中部和南部略薄，井田北中部局部風(fēng)氧化或者剝蝕。

15 號煤層：15 號煤層位于太原組下部（C3t1上部），上距14 號煤層底0～2.72m，平均1.63m，下距K2灰?guī)r底0～3.97m，平均1.98m。上距3 號煤層底100.15～130.97m，平均107.29m，下距K1砂巖底（C2b界線）4.80～10.29m，平均7.85m。K1砂巖在井田內(nèi)不穩(wěn)定，多為砂質(zhì)泥巖或鋁土質(zhì)泥巖，15 號煤層厚2.58～7.00m，平均4.15m。煤層穩(wěn)定，厚度大，厚度變異系數(shù)為24%，可采性指數(shù)為1，為穩(wěn)定可采煤層。

3 煤層穩(wěn)定性評價

3.1 影響煤層穩(wěn)定性因素

3.1.1 地殼運動對煤層穩(wěn)定性的影響

晚古生代之后東亞發(fā)生的侏羅—白堊紀(jì)燕山運動的地殼活動劇烈程度最大，早期的擠壓方向為東西向，太岳山與太行山的隆起等與該活動有關(guān)，在形成隆起的同時，也形成了大量褶曲與壓性裂隙，接下來又出現(xiàn)了左右旋運動，導(dǎo)致斷裂面出現(xiàn)位移，形成了地塹。此次燕山運動影響煤層的特征與連續(xù)性相對較為明顯。

3.1.2 構(gòu)造作用對煤層的破壞

斷層的方向主要是東西向，在南部分布較多，具有相對較長的平面延伸，大致橫跨了整個區(qū)域，存在明顯的斷距，對煤層的特征產(chǎn)生了明顯的影響。

3.2 煤層穩(wěn)定性評價指標(biāo)

3.2.1 煤層厚度指標(biāo)評價

在對煤層穩(wěn)定性進(jìn)行評價時經(jīng)常會運用煤層厚度變異系數(shù)，該系數(shù)屬于定量指標(biāo)，具有較強的客觀性，可以說明厚度的變化情況，在評定時會運用均方差值（S）與變異系數(shù)（γ），具體如下。

上式內(nèi)，S、n、、M1與γ 分別代表的是均方差、見煤點數(shù)、煤層厚度均值、見煤點厚度測量數(shù)據(jù)與煤厚變異系數(shù)。

3.2.2 煤層可采性指數(shù)指標(biāo)評價

上式內(nèi)，n'、n 與Km分別代表的是見煤點中厚度在可采厚度以上的數(shù)量、見煤點總數(shù)與煤層可采指數(shù)。

3.3 煤層穩(wěn)定性評價結(jié)果

通過煤層結(jié)構(gòu)、可采性與厚度的情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，15 號與3 號的變異系數(shù)依次是24%與22%，可采指數(shù)均為1。3 號煤層常含1 層夾矸，為簡單結(jié)構(gòu)。15號煤層一般含0～2層夾矸，多者有3層，為較簡單結(jié)構(gòu)。綜上所述，3 號煤層及15 號煤層均為穩(wěn)定全區(qū)可采煤層。

4 結(jié)語

東掌研究區(qū)含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，含可采煤層2 層，3 號煤層和15 號煤層?？刂瓶刹擅簩拥臉?biāo)志層有4 層，K1砂巖和K2灰?guī)r控制了15號煤層，分別位于煤層下部及上部；K7砂巖和K8砂巖控制了3 號煤層，分別位于煤層下部和上部。根據(jù)煤層厚度、可采情況及其煤層結(jié)構(gòu)的分析，3號、15號煤層均為穩(wěn)定全區(qū)可采煤層。