新疆哈爾交煤礦東部煤層地質(zhì)綜合特征分析

柳順彬

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第九地質(zhì)大隊(duì)）

煤炭是我國(guó)的重要能源，在國(guó)民的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位。為合理開發(fā)煤炭資源，首先要對(duì)煤炭地質(zhì)特征有比較清晰的了解［1-6］。新疆哈爾交煤礦含煤段與一般的沉積巖侏羅系聚煤盆地不同，這是由一套火山噴發(fā)和沉積相間的巖系組成，含煤地層是一套陸相的中酸性火山巖夾正常碎屑巖沉積。因此，積極開展“三邊”工作，結(jié)合勘查區(qū)的具體特征，完成各項(xiàng)勘探工作任務(wù)，對(duì)于了解該類煤層特征具有重要意義。

1 工程概況

1.1 位置與交通

勘查區(qū)位于新疆吉木乃縣東南60 km處。中心地理坐標(biāo)：東經(jīng)86°32′41″，北緯47°12′44″（北京54）。勘查區(qū)東西長(zhǎng)約13 km，南北寬約5.70 km，勘查區(qū)面積為55.61 km2。區(qū)內(nèi)除南部、西部有少量低山難以通行外，其它大部分區(qū)域略加修整即可通行。勘查區(qū)交通總體上較便利。

1.2 自然地理與經(jīng)濟(jì)狀況

勘查區(qū)屬北溫帶大陸性寒冷氣候。據(jù)吉木乃縣氣象局1982—2011年近30 a的氣象資料，地面平均溫度為6.7℃（表1），年總降水量最小為130.8 mm，最大為345.2 mm，年平均降雨量為223 mm，年均小型蒸發(fā)觀測(cè)值蒸發(fā)量為2 066.2 mm。夏季有陣雨和暴雨，冬季降雪不大，年最小積雪厚度為11 cm，年最大積雪厚度為75 cm。年最小凍土深度為88 cm，年最大凍土深度為195 cm。區(qū)內(nèi)春秋多風(fēng)，冬季風(fēng)較少，但寒潮來(lái)襲時(shí)，常刮大風(fēng)，當(dāng)?shù)胤Q諾海風(fēng)，風(fēng)向自西北向東南，時(shí)有風(fēng)災(zāi)發(fā)生。

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1.3 生產(chǎn)井及老窯

勘查區(qū)內(nèi)無(wú)生產(chǎn)礦井和老窯，僅在勘查區(qū)西南側(cè)有一個(gè)生產(chǎn)礦井（哈爾交煤礦井），現(xiàn)正在進(jìn)行關(guān)井。該礦井2007年由新疆蘭馬技術(shù)開發(fā)公司編制開發(fā)利用方案，開拓方式為混合提升斜井單水平開拓，煤礦設(shè)計(jì)主采煤層為Ⅲ9號(hào)（現(xiàn)編號(hào)5號(hào)煤層），設(shè)計(jì)開采標(biāo)高為1 250～1 110 m。煤礦劃分為一個(gè)水平上下開采，礦井設(shè)置2個(gè)雙翼采區(qū)進(jìn)行井下開采。截至2006年，1 170 m以上已采空，當(dāng)時(shí)采用房柱式開采方法，損失率高達(dá)50%。2008年后采用混合提升斜井單水平開采，新開拓區(qū)為1 148～1 170 m水平的煤層，2009年開采1 135～1 170 m的煤層，2010年開采1 115～1 145 m水平以上煤層。2012年對(duì)礦區(qū)Ⅲ9號(hào)煤層（現(xiàn)編號(hào)5號(hào)煤層）東采區(qū)主斜井1 130～1 150 m采場(chǎng)進(jìn)行開采，礦區(qū)范圍內(nèi)動(dòng)用了Ⅲ9號(hào)煤層資源量1.952 4萬(wàn)t，采出煤炭資源為1.4萬(wàn)t，損失量為0.552 4萬(wàn)t，損失率為28.21%，回采率為71.79%。

2 煤層特征

2.1 含煤性

勘查區(qū)內(nèi)卡拉崗組第三巖性段——含煤段（P1kl3）地層中，鉆探工程共揭露不同層位大于0.30 m的煤層（煤線）9層，單層厚為0.31～12.38 m，全層平均總厚為14.26 m，純煤平均總厚為12.93 m。3號(hào)煤層厚度內(nèi)可采6點(diǎn)，但ZKH1001、ZKH1101、ZKH1203這3個(gè)孔干燥基低位發(fā)熱量分別為3.59、8.29、6.56 MJ/kg，低于12.5 MJ/kg的下限標(biāo)準(zhǔn)，煤質(zhì)變化較大。同時(shí)，3號(hào)煤層可采面積僅有1.71 km2，且可采點(diǎn)孤立分散，綜合確定為不可采煤層，見圖1。

2.2 可采煤層

各煤層的控制情況、變化特征由上至下分述如下。5號(hào)煤層是勘查區(qū)最上部層位的可采煤層，是未來(lái)的主采煤層。區(qū)內(nèi)共有17個(gè)控制該煤層層位的鉆孔，見煤點(diǎn)15個(gè)，可采點(diǎn)14個(gè)，點(diǎn)可采指數(shù)為93%，賦煤面積為13.92 km2，可采面積為13.00 km2，面積可采指數(shù)為93%。煤層全層厚為0.39～9.19 m，平均厚4.11 m，純煤厚0.39～7.62 m，平均厚3.47 m。

煤層厚度薄—特厚均有分布，有明顯的變化規(guī)律。總體呈現(xiàn)“馬鞍”形態(tài)，DF7斷層下盤H11線西側(cè)煤層主要為厚—特厚煤層，H11～H13線主要為薄—中厚煤層，H13～H16線西主要為厚—特厚煤層，H16線以東為薄煤層，淺部煤層變薄主要為薄—中厚煤層。斷層上盤ZKH1403、ZKH1302孔控制中厚—特厚煤層，僅ZKH1206孔煤層變薄至0.38 m，煤層總體呈現(xiàn)中部薄、兩側(cè)厚的特征（圖2）。5號(hào)煤層煤類以無(wú)煙煤、貧煤為主，僅個(gè)別點(diǎn)分布弱黏煤、不黏煤。該煤層最低控制水平為244.423 m，最大控制垂深為891.16 m（ZKH1206）。

區(qū)內(nèi)共有17個(gè)控制5-1號(hào)煤層層位的鉆孔，見煤點(diǎn)11個(gè)，可采點(diǎn)10個(gè)，點(diǎn)可采指數(shù)為91%，賦煤面積為13.92 km2，可采面積為10.32 km2，面積可采指數(shù)為74%。煤層全層厚為0.46～5.73 m，平均厚1.94 m，純煤厚0.46～4.76 m，平均厚1.73 m。煤層厚度有變化，薄—特厚煤層均有分布，有明顯的變化規(guī)律。勘查區(qū)內(nèi)第三層可采煤層在5、5-1號(hào)煤層的下部，與5、5-1號(hào)煤層的層間距為21.00～146.29 m，平均為71.57m。

區(qū)內(nèi)共有17個(gè)控制3號(hào)煤層層位的鉆孔，見煤點(diǎn)8個(gè)，可采點(diǎn)8個(gè)，點(diǎn)可采指數(shù)為100%，賦煤面積為13.92 km2，可采面積為5.23 km2，面積可采指數(shù)為38%。煤層全層厚0.77～12.38 m，平均厚3.69 m，純煤厚0.77～10.90 m，平均厚3.28 m。煤層厚度變化較大，薄—特厚煤層均有分布。H12線西側(cè)構(gòu)成中厚—厚煤層賦存區(qū)，東北部?jī)HZKH1302孔特厚煤層，總體呈中部薄、兩側(cè)厚的變化趨勢(shì)（圖3）。

2.3 煤層對(duì)比

本區(qū)煤層對(duì)比采用以煤、巖層的垂向?qū)Ρ葹榛A(chǔ)。結(jié)合測(cè)井曲線特征，以二維地震煤層反射波追蹤的綜合對(duì)比方法展開。在剖面對(duì)比的基礎(chǔ)上，將全區(qū)18個(gè)已知鉆孔柱狀圖按所處勘探線上的位置，以首尾相結(jié)的方式，由淺至深，再有深至淺（手風(fēng)琴式）展開排列，制作成煤、巖層對(duì)比圖。然后對(duì)夾于上述2套火山巖之間的含煤段內(nèi)的煤層確定標(biāo)志性煤層和煤層組合，再根據(jù)各煤層自身特征，逐一對(duì)比。

勘查區(qū)內(nèi)的所有鉆孔均進(jìn)行了地球物理測(cè)井，對(duì)于煤層的解釋基本上達(dá)到了2種參數(shù)，通過(guò)各個(gè)鉆孔曲線上的解釋綜合確定煤層的厚度。根據(jù)煤層的物性組合特征和各物性曲線垂向上的組合特征，逐一對(duì)比。根據(jù)勘查區(qū)煤層之間的頂?shù)装鍘r性、物性特征及煤層間距等相關(guān)特性，本次煤層對(duì)比適合按照煤組進(jìn)行對(duì)比敘述。

5號(hào)煤層與其下部的5-1號(hào)煤層的間距在0.21～27.24 m，間距較小。5-1號(hào)煤層與下部的4號(hào)煤層間距為21.00～146.29 m，呈南部（淺部）小、北部（深部）增大的規(guī)律性變化。5號(hào)煤層厚度變化大，一般淺部較薄，中深部增厚。5號(hào)煤層是以中厚—特厚為主體的煤層，測(cè)井物性各參數(shù)曲線異常均很明顯。5-1號(hào)煤層厚度一般存在淺部較薄、深部增厚、西部較薄，東部增厚的趨勢(shì)。區(qū)內(nèi)有11個(gè)控煤點(diǎn)，10個(gè)可采點(diǎn)，其中1個(gè)點(diǎn)為厚煤層，4個(gè)點(diǎn)為中厚煤層，4個(gè)點(diǎn)為薄煤層，1個(gè)點(diǎn)為不可采。該煤層是以薄—中厚為主體的煤層。本區(qū)煤層構(gòu)造的主要反射波見圖4，T5波為5號(hào)煤層及5-1號(hào)煤層與其圍巖形成的反射波，5號(hào)煤層與5-1號(hào)煤層間距較小，為0.21～27.24 m，因此T5波為5號(hào)煤層與5-1號(hào)煤層形成的復(fù)合波。

5號(hào)煤層為全區(qū)分布的煤層，各參數(shù)曲線形態(tài)異常明顯，結(jié)合地質(zhì)資料，將它作為全區(qū)測(cè)井曲線煤層對(duì)比的基準(zhǔn)層。從測(cè)井曲線對(duì)比圖（圖5）中可以看出，5號(hào)煤層密度曲線因煤層內(nèi)含高灰分段呈鋸齒形態(tài)。在5號(hào)煤層和5-1號(hào)煤層之間有一特征巖層，其電阻率曲線有一個(gè)負(fù)值的尖峰狀突起，曲線形態(tài)猶如一根“長(zhǎng)刺”。

3 煤儲(chǔ)層物性特征

3.1 煤的吸附性

本次煤層氣勘查工作包括對(duì)ZKH1205、ZKH1104、ZKH1103這3個(gè)孔進(jìn)行了煤層氣含氣量測(cè)試和樣品的采集。其中，ZKH1205、ZKH1103孔中所采集的5號(hào)、5-1號(hào)煤層還進(jìn)行了孔隙率、堅(jiān)固性系數(shù)、等溫吸附、瓦斯放散初速度等指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)ZKH1103孔參數(shù)井進(jìn)行了氣測(cè)錄井和試井工作。基于以上探井及參數(shù)井的成果資料，對(duì)勘查區(qū)內(nèi)煤儲(chǔ)層物性特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。如表2所示，通過(guò)吸附等溫線可以準(zhǔn)確了解煤層的吸附能力與壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，與煤儲(chǔ)層壓力參數(shù)結(jié)合可以確定煤層的含氣飽和程度、煤層氣的臨界解吸壓力、實(shí)際可采資源量。煤層吸附等溫線反映了在給定溫度下氣體吸附量隨壓力的變化特征。

計(jì)算可得，ZKH1103孔5號(hào)煤層理論含氣量為16.324 m3/t，實(shí)測(cè)含氣量為0.130 m3/t。ZKH1205孔5號(hào)煤層理論含氣量為9.726 m3/t，實(shí)測(cè)含氣量為0.190 m3/t；5-1號(hào)煤層理論含氣量為17.857 m3/t，實(shí)測(cè)含氣量為1.490 m3/t，見圖6和圖7。

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3.2 煤層含氣性

從測(cè)試結(jié)果看（表3），5號(hào)煤層氣總含氣量為0.13～0.19 m3/t，平均為0.15 m3/t。5-1號(hào)煤層氣總含氣量為0.13～1.49 m3/t，平均為0.81 m3/t。其中，總含氣量最高為1.49 m3/t，即ZKH1205孔5-1號(hào)煤層含氣量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于無(wú)煙煤含氣量8 m3/t下限標(biāo)準(zhǔn)。因此，3個(gè)孔煤層均未達(dá)到規(guī)定的含氣量指標(biāo)。

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根據(jù)以上鉆孔煤層含氣量統(tǒng)計(jì)成果可知，各煤層以現(xiàn)場(chǎng)解吸氣量為主，其次為殘余氣，損失氣最少，說(shuō)明煤層中烴類氣體以吸附氣為主，其次為少量游離氣。

3.3 煤儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)特征

由測(cè)試結(jié)果可知：5號(hào)煤層的孔隙率為2.93%～3.65%；5-1煤層的孔隙率為3.45%～3.80%（表4），按照煤層最小孔隙率為2%～4%，井田內(nèi)各煤層的孔隙率均大于煤層最小孔隙率最小值。孔徑體積占比中，以0.10μm＞過(guò)渡孔位＞0.006μm為主，占比36.10%～45.15%，微孔（微孔＜0.06μm）和大孔（大孔＞10μm）次之，兩者含量相當(dāng)，0.10μm＜終孔＜10μm最少。

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4 結(jié)論

新疆吉木乃縣哈爾交煤礦東部詳查是自治區(qū)地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目，通過(guò)詳查取得了以下地質(zhì)成果。采用鉆探工程控制，勘查區(qū)共揭露不同層位大于0.30 m的煤層（煤線）9層，其中編號(hào)煤層4層，自下而上分別為3、4、5-1、5號(hào)，單層厚為0.31～12.38 m，全層平均總厚為14.26 m，純煤平均總厚為12.93 m。基本查明了區(qū)內(nèi)煤類以無(wú)煙煤為主，貧煤次之，可作為民用煤和合成氨的原料。經(jīng)洗選還可作高爐噴吹和燒鐵礦石的燃料及開啟式電爐的原料。詳查工作取得的地質(zhì)成果可為礦區(qū)總體發(fā)展規(guī)劃提供地質(zhì)依據(jù)。