甘肅省山丹縣平坡煤礦礦區地質及煤層賦存特征

李 健

（甘肅煤炭地質勘查院，甘肅 蘭州 730000）

1 概況

山丹平坡煤礦礦區可分為一、二、三、四、五、六號共六個井田。礦區范圍北起瞭高山，南至峽子山北側的六號井，東西最大寬度約7 km，南北最長長度12 km，面積約50 km2。礦區至山丹縣城有公路、專用鐵路線相通，對外交通便利。礦區勘查歷史悠久，三號井田在明代洪武年間淺部便有小窯開采，屬于甘肅省少有的煉焦配焦用煤產地。本次工作主要在前人工作基礎上對平坡礦區地質及煤層主要賦存特征進行了系統的總結。

2 礦區地質

2.1 礦區地層

礦區地層區劃屬秦祁昆地層區祁連～北秦嶺分區北祁連小區，作為本區主要含煤地層的下二疊統太原組，其地層分區一般歸于北祁連分區肅南小區[1]。根據地層出露及鉆探揭露情況，下寒武統大黃山群（∈1dh）淺海相淺變質巖為本區的沉積基底；上石炭統羊虎溝組（C2y）為海陸交互相沉積；下二疊統太原組（P1t）為海陸交互相含煤沉積；中二疊統大黃溝組（P2d）、上二疊統窯溝群（P3yg）為陸相碎屑巖沉積；中生界為陸相盆地沉積的碎屑巖，沉積了三疊系中下統西大溝群（P1-2xd）、中侏羅統窯街組（J2y）及下白堊統河口群（K1hk）。新近系臨夏組（N2l）為陸相紅色碎屑巖，第四系（Q）沉積類型多樣。平坡礦區地質構造綱要圖如圖1。

圖1 平坡礦區地質構造綱要圖

本區主要含煤地層為下二疊統太原組（P1t），主要由灰色、灰黑色、黑色砂巖、頁巖及煤層所組成。根據巖性，由下而上分為四段，可采煤層賦存于中下部第一段及第二段地層中。

（1）太原組第一段。主要以砂巖、砂質頁巖、頁巖、煤層及石灰巖構成。含煤7層，下部5層，俗稱野五列，呈凹鏡狀，厚度變化較大，無開采價值；上部二層為正底槽和正二槽，中間以4 m的頁巖相隔，為礦區內主要可采煤層。厚度74 m左右。

（2）太原組第二段。巖性為灰白、灰黑色砂巖及砂質頁巖。含煤三層（正中槽、正三槽、正頂槽），在頂槽煤層頂板頁巖中含豐富的動物化石，巖性很穩定。平均厚度21 m。

（3）太原組第三段。底部為石英粗砂巖（K2），灰白色，疏松，含大量長石砂和少量白云母，局部為砂質膠結，一般厚度6 m左右，為礦區主要標志層；中上部為黑灰色砂巖、頁巖互層，其中含小五列薄煤三層（底廉子、頂廉子及拉腰子煤層），煤層分布不規律。平均厚度47 m。

（4）太原組第四段。底部為灰白色石英粗砂巖，局部為細礫巖；中部為頁巖和細砂巖互層，含古蘆木化石及煤線；上部為灰綠色粗砂巖，夾薄層礫巖和頁巖，膠結疏松。平均厚度75 m。

2.2 礦區構造

平坡礦區大地構造單元屬祁連山造山帶走廊邊緣坳陷帶，賦煤單元為祁連賦煤帶山丹-永昌煤田。山丹-永昌煤田為祁連加里東褶皺帶上的晚石炭世—早二疊世形成的統一聚煤盆地，但被后期構造變形作用切割成大小不等、破壞程度不同的孤立煤田或礦區[2]。平坡礦區位于煤田的西部。

礦區基本構造形態為軸向北西至南東向并向南東傾伏的不對稱向斜構造（圖2），其南翼發育有次級小背斜。向斜軸部有小面積侏羅系分布。向斜之西南翼寬緩，地層傾角約16°～18°；東北翼較陡，地層傾角45°～70°，局部出現倒轉現象。礦區主要構造分述如圖2。

在單電源輻射狀典型配電網拓撲模型的基礎上，通過調整中壓負荷相關參數使其按照4種典型負荷分布狀況分布在拓撲結構的各支路和節點處，然后根據架空裸導線的額定載容量和中壓線路的實際負荷量設定范圍，將中壓負荷量分為0.5 MW、1 MW、1.5 MW、2 MW……6 MW等12個比較典型的負荷擋位[5]并進行仿真。在不同的線徑型號下，連續調節拓撲模型中的中壓主干線路長度，觀察線路末端節點電壓幅值，當電壓幅值下降至9.3 kV[6]時，其對應的供電半徑即為不同型號線徑中壓線路相應的最大允許供電半徑。

圖2 山丹平坡礦區剖面圖

（1）褶皺

① 平坡向斜。軸向為北20°西，向東南傾沒，不對稱，西翼寬廣，東翼短促。西翼淺部地層較陡，一般在30°左右，向東沿傾斜方向則傾角逐漸變緩，至軸部值為20°左右。此向斜在四號井田北部收斂。

② 背斜。緊鄰平坡向斜，范圍較小，亦不對稱，西翼短促，東翼較寬緩，一般傾角在20°以下，軸向與平坡向斜軸大致平行，向西北傾。

（2）斷裂

每次造山運動對本區均有很大影響，尤以燕山運動與喜馬拉雅運動在祁連造山帶所形成的斷裂現象最為突出，由于北祁連山向北逆掩[3]，而產生了許多高角度的逆掩斷層，也產生了許多斜交于地層走向的剪力斷層。本礦區一些主要斷裂構造分述如下：

① F1逆斷層：位于二、四、五號井田北部，走向N30°E，斷面傾向北東，斷距大于500 m，為礦區北部的邊界斷層。

② F2正斷層：位于四號井田，是四號井田唯一的大斷層。斷層走向NE，斷面傾向南西，斷距50～70 m，在四號井田北部消失于加里東期花崗巖。

③ F3平坡剪力斷層：位于一號井田北部露頭部分，走向N50°E，斷層南翼向東錯動，北翼向西錯動，錯動的水平距離約150 m。

④ F4正斷層：位于三號井田，斷層走向為北東，斷面傾向北西，斷裂長達1 km，斷距20～50 m。

3 煤層及煤質

3.1 煤層

平坡礦區內主要含煤地層為二疊系下統太原組（P1t），自上而下可分為四段，其中一、二、三段中各含煤五層，第一層組俗稱野五列，第二層組俗稱正五列，第三層組俗稱小五列，共含煤1～15層，煤層總厚度0.91～6.71 m，平均2.91 m。其中位于第二段中的正五列煤層為主要可采煤層。

（1）野五列：位于太原組底部第一段，厚度0.05～0.14 m，且不連續，穩定性差，為不可采煤層。

（2）正五列：為主要可采煤層組，位于太原組中部第二段及第一段頂部，含煤5層，自下而上依次為底槽、二槽、中槽、三槽及頂槽，其中中槽煤因厚度不穩定而不可采，其余4層均可采。

正底槽厚度0.37～1.47 m，平均0.73 m，結構簡單，連續，較穩定；正二槽厚度0.43～1.36 m，平均0.46 m，結構簡單，連續，較穩定，局部可采；正三槽厚度0.50～1.32 m，平均0.88 m，結構中等，連續，較穩定；正頂槽厚度0.5～1.23 m，平均0.62 m，結構簡單，連續，較穩定，局部可采（表1）。

表1 平坡煤礦正五列主要可采煤層特征一覽表

正五列中的四層可采煤層，均厚不足1.0 m，平均總厚度僅2.42 m。煤層總厚度具有中間厚、兩邊薄的分布特征。同時受平坡向斜的影響，煤層在西翼分布范圍大，煤層較厚；東翼分布范圍小，煤層亦較薄（圖3）。

圖3 山丹平坡礦區及周鄰正五列煤層厚度等值線分析圖

（3）小五列：位于太原組第三段，含煤兩組，靠下一組名為頂皮廉，分底廉子和頂廉子兩層，一般厚度在0.40 m以下，為不可采層。小五列與正五列以厚約5～15 m白色石英粗砂巖（K2）相隔。上部一組名為拉腰子，又分底列子、中列子、頂列子3層，多以底列子較厚。3層煤間距很小，皆在2 m以內，含夾矸很多，煤質低劣，一般灰分在40%以上，為不可采煤層。

3.2 煤層對比

平坡礦區煤層對比采用標志層法[4]，主要煤層對比標志層位：

（1）K2標志層：為一灰白色厚層石英粗砂巖，膠結不良，含有大量的長石砂與少量白云母為其特征，為見正頂槽煤層的標志。

（2）K1標志層：為一套灰黑色粘土巖，位于頂槽煤至三槽煤之間[5]。

3.3 煤質

正頂槽煤為中灰、中硫、高發熱量氣肥煤，正三槽煤為中高灰、中硫、高發熱量肥煤，正二槽煤為中灰、中高硫、中高發熱量肥煤，正底槽煤為中灰、中硫、高發熱量焦煤（表2）。

表2 山丹平坡礦區可采煤層主要特征表

本區煤炭資源較豐富，從煤質牌號來說，可作為配焦煤，還有可以作為主焦煤者（正二槽），但從它的可選性和所含的礦物成分來說，要作為主焦煤或配焦煤，尚需經過特殊處理才能達到質量要求。

4 結論

（1）山丹平坡煤礦基本構造形態為軸向北西至南東向不對稱向斜，主要含煤地層為下二疊統太原組。

（2）正五列為礦區主要可采煤層組，總厚度具有中間厚、兩邊薄的分布特征。

（3）正五列煤類為肥煤或焦煤，可作為工業煉焦配焦用煤。