義橋煤礦含煤地層對(duì)比及煤質(zhì)特征分析

林叢叢

（山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東 濟(jì)南 250104）

義橋煤礦地層自老而新分別為奧陶系、石炭、二疊紀(jì)本溪組、太原組、山西組、二疊紀(jì)石盒子組、侏羅紀(jì)三臺(tái)組、第四系。含煤地層為山西組和太原組，總厚290.3m，共含煤23層，山西組含煤4層，即1、2、3上、3下煤層。太原組含煤19層，即5、6、8上、8下、9、10上、10中、10下、12上、12下、14、15上、15中、15下、16、17、18上、18中、18下煤層，總厚15.39m，含煤系數(shù)5.30%。可采煤層為3上、3下、16煤層3層，總厚7.12m。其中3下煤層全區(qū)大部可采，3上、16煤層局部可采，9、15上、15下、17、18中煤層極個(gè)別點(diǎn)達(dá)可采厚度。各煤層的厚度、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性情況見(jiàn)表1。

1 可采煤層特征

1.1 3上煤層

3上煤層位于山西組中上部，僅分布于井田中部，其余大部為沖刷和沉缺，煤層隱伏露頭線總體呈弧形。井田內(nèi)埋深280～525m，賦存標(biāo)高-240～-480m。

3上煤 層 下 距 3下煤 層 6.42～30.31m， 平 均16.25m。3上煤層厚度0～1.85m，平均0.24m，煤厚變異系數(shù)為31%。礦區(qū)內(nèi)25個(gè)鉆孔穿過(guò)該煤層，其中4個(gè)達(dá)到可采厚度，不可采點(diǎn)21個(gè)，可采系數(shù)0.16，可采面積0.58km2，面積可采系數(shù)0.03。該煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般含1層夾石，巖性為泥巖、炭質(zhì)粉砂巖，頂板主要為粉砂巖，少數(shù)為粗、細(xì)砂巖，底板主要為泥巖、粉砂巖，少數(shù)為細(xì)砂巖。3上煤層屬局部可采的不穩(wěn)定煤層。

1.2 3下煤層

3下煤層位于山西組中上部，全井田分布，煤層隱伏露頭線總體呈弧形。井田內(nèi)埋深244～1743m，賦存標(biāo)高-200～ -1700m。

3下煤層厚度0.00～5.78m，平均3.56m，厚度變異系數(shù)為29%。井田穿過(guò)該煤層的鉆孔為25個(gè)，其中21個(gè)達(dá)到可采厚度，可采系數(shù)0.84，可采面積16.28km2，面積可采系數(shù)0.93。該煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般含1層、偶見(jiàn)2層夾石，巖性主要為炭質(zhì)泥巖、粉砂巖，也有泥巖、細(xì)砂巖。頂板巖性主要為泥巖、細(xì)砂巖，次為中砂巖、粉砂巖，個(gè)別孔有粉砂巖、泥巖偽頂。底板主要為砂質(zhì)泥巖、泥巖，少數(shù)粉砂巖、細(xì)砂巖，個(gè)別孔有粉砂巖、細(xì)砂巖偽底。井田內(nèi)自北向南有6處煤層受沖刷缺失區(qū)域，分別位于補(bǔ)7鉆孔西北側(cè)、汶8-2鉆孔處及其西部、汶8-1東部、汶108鉆孔一帶、汶12-3鉆孔東側(cè)及礦井東南側(cè)西吾村一帶。汶8-1、汶14-1、汶208、汶18-3、汶20-21號(hào)孔煤層由于受下部巖漿巖影響，變質(zhì)程度增高，變質(zhì)為1/3焦煤。經(jīng)三維地震解釋及實(shí)際開(kāi)拓發(fā)現(xiàn)9處受巖漿巖影響煤層變薄區(qū)，使煤層穩(wěn)定性降低，煤質(zhì)及可采性變差。3下煤層為主要可采煤層，屬較穩(wěn)定煤層。除沖刷區(qū)和巖漿巖侵蝕區(qū)外全區(qū)基本可采。

1.3 16煤層

16煤層總體分布于礦井中南部，區(qū)內(nèi)埋深443～1893m， 賦 存 標(biāo) 高 -400～ -1850m， 位 于 太原組下部，十下灰為其直接頂板，下距17煤層5.20～12.35m，平均9.67m，煤層厚度0.47～1.10m，平均0.95m。井田內(nèi)穿過(guò)該煤層的鉆孔為5個(gè)，其中不可采點(diǎn)2個(gè)、可采點(diǎn)3個(gè)，厚度變異系數(shù)為27%，可采系數(shù)為0.6，可采面積3.39km2，面積可采系數(shù)0.19。可采范圍內(nèi)可采煤層厚度0.70～1.10m，可采范圍內(nèi)平均厚度1.03m，該煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般含一層夾矸，夾石巖性多為炭質(zhì)砂巖、泥巖，少數(shù)為粉砂巖、細(xì)砂巖。頂板主要為石灰?guī)r，少數(shù)有炭質(zhì)粉砂巖偽頂。底板主要為泥巖，少數(shù)為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。根據(jù)現(xiàn)有資料分析，在礦井東部和北部該煤層受巖漿巖影響嚴(yán)重，煤層可采性較差。16煤層屬于局部可采的不穩(wěn)定煤層。

2 煤層對(duì)比

2.1 標(biāo)志層特征

太原組地層內(nèi)有十層薄層石灰?guī)r，其中三灰、八灰、十下灰全區(qū)穩(wěn)定，分布在太原組上、中、下部，與可采煤層的間距穩(wěn)定，是太原組煤層對(duì)比的主要標(biāo)志[1]。另外其他薄層灰?guī)r和部分巖層，如太原組頂部的海相泥巖等，都可以作為煤層對(duì)比的輔助標(biāo)志。

山西組地層，在3下煤層的上部為厚層狀的白色砂巖，含大量泥巖、粉砂巖包裹體[2],在3下煤層層位附近，有較多的泥質(zhì)包裹體和煤線。3下煤層層位以下的砂巖中普遍發(fā)育較多的透鏡狀層理和脈狀層理，以及與底棲動(dòng)物通道相伴生的渾濁狀層理。

2.2 沉積特征

從石炭紀(jì)中期到二疊紀(jì)末期，從總體上說(shuō)地殼處于不斷上升階段。到晚石炭世末期，沉積了太原組頂部的海相泥巖，從泥巖所產(chǎn)化石看，化石個(gè)體小、種類(lèi)少，殼薄且數(shù)量較少(瓣鰓類(lèi)、腕足類(lèi)和海百合莖等動(dòng)物化石)，說(shuō)明海水變淺并已明顯淡化，為瀉湖海灣環(huán)境。其后地殼進(jìn)一步上升，該區(qū)出現(xiàn)了淺水三角洲環(huán)境，沉積了3煤層之下至太原組頂部的一套三角洲前緣亞相和下三角洲平原相地層。在此基礎(chǔ)上開(kāi)始了3煤層的沉積[3]。

通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)分流河道砂體的形態(tài)及3煤層聚積條件的分析，掌握了3煤層的形成機(jī)理和沉積環(huán)境。3煤層的煤層宏觀煤巖組分多以亮煤為主，次為暗煤，少量鏡煤和絲炭條帶狀結(jié)構(gòu)層狀構(gòu)造，宏觀煤巖類(lèi)型為半亮型煤[4]，宏觀結(jié)構(gòu)類(lèi)型并不太復(fù)雜，而且規(guī)律性比較明顯，在井田內(nèi)3煤層汶8-2、汶108號(hào)孔被沖刷，汶14-1、汶208、汶18-2、汶20-2號(hào)孔3煤層分叉為3上和3下，都是由于分流河道入侵造成的。3下與合并區(qū)的3煤層連在一起，全區(qū)大部可采，在合并區(qū)最厚，在分流河道流經(jīng)的地方較薄。3煤層宏觀結(jié)構(gòu)類(lèi)型及變化趨勢(shì)全區(qū)清楚，層位對(duì)比可靠。

2.3 地震特征

第四系與下伏地層呈角度不整合接觸，TQ波表現(xiàn)為本礦井第四系底界的反射波，可全區(qū)連續(xù)追蹤。

本區(qū)T3波是3煤層頂?shù)捉绲姆瓷洳ǎ?煤層厚度及結(jié)構(gòu)的變化，直接導(dǎo)致本區(qū)T3有兩個(gè)強(qiáng)波峰，其主頻50～60Hz，可全區(qū)連續(xù)追蹤。

本區(qū)T16波是十灰及16煤為主產(chǎn)生的反射波，其能量弱，連續(xù)性差，僅能局部追蹤。T16波位于T3波之下約100ms左右，在時(shí)間剖面上為一個(gè)較強(qiáng)的正相位和一個(gè)負(fù)相位組成。

3 煤質(zhì)特征分析

（1）3上煤層煤類(lèi)為氣煤，原煤水分2.35%～2.39%，灰分為24.85%～26.40%，屬中灰煤；揮發(fā)分產(chǎn)率為40.41%～41.45%，屬高揮發(fā)分煤；硫分為0.98%～1.08%，屬低硫～中硫煤；原煤干燥基高位發(fā)熱量為24.45～24.97MJ/kg，屬中高發(fā)熱量煤。浮煤水分2.64%，灰分為8.19%～8.34%，屬中灰煤；揮發(fā)分產(chǎn)率為40.28%～40.33%，屬高揮發(fā)分煤；硫分為0.75%～0.82%，屬低硫～中硫煤；干燥基高位發(fā)熱量31.34MJ/kg，屬特高熱值煤。

（2）3下煤層為氣煤、1/3焦煤，原煤水分1.59%～2.46%，灰分為8.84%～23.28%，屬特低～中灰煤；揮發(fā)分產(chǎn)率為34.56%～38.99%，屬中高～高揮發(fā)分煤；硫分為0.35%～0.61%，屬特低～低硫煤；原煤干燥基高位發(fā)熱量為25.60～31.12MJ/kg，屬中高～特高發(fā)熱量煤。浮煤水分為1.22%～2.64%，灰分為4.34%～7.05%，屬特低～低灰煤；揮發(fā)分產(chǎn)率為33.87%～39.39%，屬中高～高揮發(fā)分煤；硫分為0.32%～0.41%，屬低硫煤；干燥基高位發(fā)熱量為32.08%～32.92MJ/kg，屬特高熱值煤。

（3）16煤層為氣煤、1/3焦煤，原煤水分2.35%～2.39%，灰分為24.85%～26.40%，屬中灰煤；揮發(fā)分產(chǎn)率為40.41%～41.45%，屬高揮發(fā)分煤；硫分為0.98%～1.08%，屬低硫～中硫煤；原煤干燥基高位發(fā)熱量24.72～30.87MJ/kg，屬高發(fā)熱量煤。浮煤水分1.56%～2.84%，灰分為3.52%～10.35%，屬特低～中高灰煤；揮發(fā)分產(chǎn)率為36.71%～48.06%，屬中高～高揮發(fā)分煤；硫分為0.38%～2.58%，屬低硫～高硫煤；干燥基高位發(fā)熱量33.47～33.68MJ/kg，屬特高熱值煤。

4 結(jié)論

主要含煤地層為二疊系山西組、石炭系太原組，可采煤層為3上、3下、16煤層3層。3上煤層浮煤為中灰、中硫、特高熱值的氣煤，屬結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、局部可采的不穩(wěn)定中厚煤層；3下煤層浮煤為低灰、低硫、特高熱值的氣煤、1/3焦煤，屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、大部可采的較穩(wěn)定厚煤層；16煤層浮煤為低灰、中高硫、特高熱值的氣煤、1/3焦煤，屬結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、厚度較穩(wěn)定、局部可采的不穩(wěn)定薄煤層。