山西常村煤礦井田地質特征及煤層穩定性評價

苗海周

(山西潞安環保能源開發股份有限公司常村煤礦)

山西常村煤礦于1985年7月1日動工興建，1995年9月26日建成投產，核定生產能力接近800萬t/a[1-2]。在總結以往地質資料和井巷工程所揭露的地質資料基礎上，分析井田內各地層賦存條件及地質構造特征，研究井田內煤層的特征、煤質特征及其變化規律，并對主要可采煤層穩定性進行定性和定量評價，以期對工程設計和礦山生產提供有效指導。

1 區域地質概況

區域地層區劃屬華北地層大區山西地層分區中的太行山南段地層小區[3-4]，地層總體走向NNE向，向西緩傾，可見寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、新近系和第四系地層[5]；區域性構造以沁水復向斜、太行山復式背斜、晉獲斷裂帶和沾尚—武(鄉)—陽(城)凹褶帶為主，總體為北東向和北北東向；區內未發現有巖漿巖侵入現象。

2 井田地質特征

2.1 煤礦地層

常村煤礦區井田地表被大面積的第四系覆蓋，局部可見零星出露的二疊系石盒子組砂巖和粉砂巖；井田內可見奧陶系上馬家溝組石灰巖、峰峰組白云質灰巖，石炭系本溪組粉砂巖、太原組石灰巖和砂巖，二疊系山西組石英砂巖、下石盒子組砂巖和泥巖、上石盒子組石英砂巖、石千峰組中粗粒砂巖，第四系黃土。

2.2 構 造

褶曲構造和斷裂構造均比較發育。褶曲構造以近SN向的背、向斜為主，樞紐近平行，主要為姬村向斜、路村背斜、老軍莊向斜、王村背斜、水東村背斜、宋村向斜和郭莊背斜，近EW向褶曲僅在井田姬村以東分布[6]。斷裂構造發育，井田內現有各種工程中共發現有斷層301條，以落差小于5 m的斷層為主，規模較大的斷層，如文王山南斷層，安昌斷層，藕澤斷層，F2、F3、Fj18等斷層組成的斷裂帶，常被作為劃分采區的邊界[7]。

3 煤層特征

3.1 含煤地層

井田內主要含煤地層為石炭系太原組和二疊系山西組，含煤地層總厚163.36 m，含煤15層，煤層總厚11.25 m，含煤系數6.9%。

(1)太原組。太原組平均厚度為109.26 m。含較穩定的大部可采煤層15-3#煤層，局部地段達可采不穩定的15-1#煤層及不穩定薄的6#、7#、8-1#、8-2#、9#、11#、12#、13#、14#、15-2#煤層，太原組煤層總厚5.20 m，含煤系數4.8%[8]。

(2)山西組。山西組為本礦主要含煤地層，厚度43.63～75.65 m，平均厚度約54.20 m。主要為灰白色、灰色中、細粒石英砂巖，灰色、灰黑色粉砂巖、砂質泥巖互層，含植物化石碎片，含煤3～5層，分別為1#、2#、3#煤層，3#煤層為本區最主要可采煤層，煤層厚度4.87～7.45 m，平均厚度6.05 m，其它煤層均為不穩定薄煤層，局部發育，均不可采。

3.2 煤巖煤質

各煤層均為黑色，塊狀，細、中條帶狀結構，層狀構造，灰黑色條痕，具玻璃光澤、金剛光澤，呈現階梯狀或參差狀斷口，裂隙較發育，密度1.49～1.53 t/m3。煤巖以亮煤為主，暗煤次之，夾鏡煤及絲炭條帶，局部含黃鐵礦結核，煤巖類型以半亮型煤為主，半暗型煤次之。

4 煤層穩定性評價

4.1 穩定性定性評價

常村煤礦主要可采煤層有山西組3#煤層和太原組15-1#、15-3#煤層，其中各可采煤層特征見表1，各煤層具體特征如下。

4.1.1 3#煤層

位于山西組中、下部，本身厚度大、層位穩定為重要的對比標志，煤層厚度4.87～7.45 m，平均厚度6.05 m，結構簡單～復雜；含夾矸0～3層，夾矸厚0.10～0.30 m，僅個別孔夾石變厚達0.75 m，夾矸巖性多為炭質泥巖，少數為泥巖。煤層頂板巖性為泥巖、粉砂質泥巖，其上為灰白色厚層中、粗粒砂巖，有時直接覆蓋于3#煤層之上為煤層的直接頂板，底板巖性為黑色粉砂巖、細粒砂巖。該煤層控制程度高，為全區穩定可采煤層(表1)。

表1 常村煤礦可采煤層特征

4.1.2 15-1#煤層

位于太原組下部，厚度0～1.70 m，平均0.62 m，僅在井田東北局部區域，煤層厚度達到可采以上，煤層一般不含夾矸,局部含1～2層，煤層結構簡單。屬不穩定局部可采煤層。

4.1.3 15-3#煤層

位于太原組下部，厚度0～3.10 m，平均1.66 m，上距15-1#煤層4.55～8.04 m，平均6.20 m，含夾矸0～3層，結構簡單，北部大部分區域達可采厚度，局部頂底板及夾石為炭質泥巖，屬較穩定大部可采煤層。

4.2 穩定性定量評定

薄煤層以煤層可采性指數Km為主，煤厚變異系數γ為輔；中厚及厚煤層以煤厚變異系數γ為主，可采性指數Km為輔。參照指標見表2[9-10]。

表2 評價煤層穩定性的主、輔指標

煤層可采性指數Km計算方法：

(1)

式中，Km為煤層可采性指數；n為參與煤層厚度評價的見煤點總數；n′為煤層厚度大于或等于可采厚度的見煤點數。

煤厚變異系數γ計算方法：

(2)

(3)

根據各項指標，采用公式(1)、(2)、(3)計算3、15-1#、15-3#煤層可采性指數Km，煤厚變異系數γ，計算結果見表3和表4。

表3 3、15-1#、15-3#煤層可采性指數統計

表4 15-1#、15-3#煤層厚度變異系數統計

(1)3#煤層。3#煤層平均厚度6.05 m，屬厚煤層，其主要指標厚度變異系數γ=6%≤30%，輔助指標可采性指數Km=0.99≥0.95，依據表2標準，本井田3#煤層定量劃分為全區穩定可采煤層。

(2)15-1#煤層。15-1#煤層厚度在0～1.70 m，平均厚度0.62 m，屬薄煤層。其主要指標可采性指數Km=0.15<0.60，輔助指標厚度變異系數25%<γ=32%≤35%，依據表2標準，本井田15-1#煤層定量劃分為極不穩定可采煤層。

(3)15-3#煤層。15-3#煤層厚度0～3.10 m，平均1.66 m，屬中厚煤層。其主要指標厚度變異系數40%<γ=43%≤65%，輔助指標可采性指數0.95>Km=0.81≥0.80，依據表2標準，本井田15-3#煤層定量劃分為不穩定可采煤層。

綜合上述定性和定量評價、劃分，確定井田3#煤層定性和定量評級一致，為全區穩定可采煤層；15-1#煤層定性評價為不穩定局部可采煤層，定量評價為極不穩定局部可采煤層，考慮到該煤層可采區集中于井田東北部，可采區連續且可采區內煤厚變化不大，因此最終確定以定性評價結果為準，為不穩定局部可采煤層；15-3#煤層定性評價為較穩定大部可采煤層，定量評價為不穩定大部可采煤層，考慮到該煤層可采區連續且可采區內煤厚變化不大，因此最終確定以定性評價結果為準，為較穩定大部可采煤層。穩定和較穩定煤層的資源儲量約占全礦井資源儲量的98.82%，其中穩定煤層的資源/儲量約占全礦井資源儲量的92.86%，煤層穩定程度總體屬簡單類型。

5 結 語

山西常村煤礦井田內主要含煤地層為石炭系太原組和二疊系山西組，含煤地層總厚163.36 m，含煤15層，煤層總厚11.25 m，其中可采煤層以山西組3#煤層和太原組15-1#、15-3#煤層為主。煤層的穩定性進行定性和定量分析顯示，常村煤礦井田3#煤層為不穩定局部可采煤層，15-1#煤層為不穩定局部可采煤層，15-3#煤層為較穩定大部可采煤層。常村煤礦煤層穩定程度總體屬簡單類型。