山西陽城大橋煤礦15號煤層地質特征及開發利用前景研究

摘 要：大橋煤礦位于陽城縣北留鎮大橋村西北側，目前正在開采3號和9號煤層，15號煤層是其下一步開采的重要礦體。通過分析15號煤層的地質構造、煤層、煤巖、煤質以及開采地質條件發現，15號煤層頂、底板裂隙不發育，地層產狀簡單，是全區較穩定可采煤層，屬無煙煤二號，預測15號煤層礦井正常涌水量約為21.78 m3/h，井田內奧灰水位標高為+472.00～+473.00 m，奧灰水由北東流向南西。15號煤層底板標高為+480.00～+530.00 m，該煤層為不帶壓開采煤層，工程地質及其他開采地質條件為中等型；15號煤層煤炭資源儲量豐富，為949萬t，交通便利，其開采對提高人們的生活水平、穩定就業形勢、實現鄉村振興等方面具有積極作用。

關鍵詞：大橋煤礦；15號煤層；地質特征；開發利用前景

煤炭是我國的基礎能源和重要工業原料，山西作為中國煤炭產量排名第一的省份，對中國經濟的發展起到不可或缺的作用[1-2]。大橋煤礦正在聯合開采3號、9號煤層，待資源開采完畢后，將對15號煤層進行延伸開采。目前，根據以往地質報告資料，15號煤層鉆孔工程較少，地質勘查工作控制程度較低。為保障礦山有序開采，查明井田內構造情況，控制15號煤層底板等高線，查明15號煤層煤質、頂底板工程地質特征及其他開采技術條件等顯得至關重要。

1 " 礦井田地質概況

1.1 "地層

井田內地表大部分被第四系覆蓋，出露基巖為二疊系上統上石盒子組（P2s），二疊系下統下石盒子組（P1x）、山西組（P1s）地層以及零星的石炭系上統太原組（C3t）地層。

揭露地層從老到新分別為：（1）奧陶系中統上馬家溝組（O2s），主要為青灰色、深灰色、灰色灰巖，致密，隱晶質結構，局部具角礫狀，部分地段方解石脈發育，中下部含白云質灰巖，夾泥質灰巖，斷口平坦，裂隙發育，井田內僅DS-1水文孔揭露該層厚度為219.25 m；（2）奧陶系中統峰峰組（O2f），為本區含煤地層基底，巖性為灰色隱晶質石灰巖夾泥灰巖、角礫灰巖，地層厚70.00～90.00 m；（3）石炭系中統本溪組（C2b），由鐵鋁巖、黃鐵礦、黏土巖、煤層等組成，地層厚4.20～10.80 m，平均厚度為8.00 m；（4）石炭系上統太原組（C3t），由砂巖、粉砂巖、泥巖、砂質泥巖、石灰巖、煤層（煤線）等組成，地層厚71.58～96.47 m，平均厚度為83.49 m；（5）二疊系下統山西組（P1s），主要由石英砂巖、泥巖、煤層等組成，地層厚33.26～51.14 m，平均厚度為44.81 m；（6）二疊系下統下石盒子組（P1x），主要由灰色、灰綠色中細砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、鋁土質泥巖組成，下部泥巖顏色為灰黑色，向上漸變為黃綠色，到頂部為紫紅色含鐵質鮞粒鋁土質泥巖，其層位俗稱“桃花泥巖”，地層厚70.00～79.00 m，平均厚度為74.58 m，與下伏地層呈整合接觸；（7）二疊系上統上石盒子組（P2s），主要巖性為黃色、紫色泥巖與中粗砂巖互層，在本井田殘留最大厚度約為60.00 m，與下伏地層呈整合接觸；（8）第四系中上更系統（Q2+3），巖性為紅色亞黏土、淺黃色亞砂土，含鈣質結核，局部夾有砂層，厚0～6.20 m，平均厚度為4.10 m；（9）第四系全新統（Q4），巖性為黃色、綠色砂土和砂礫石等，厚0.50～6.00 m，平均厚度為3.20 m。

1.2 "含煤地層

井田含煤地層主要為二疊系下統山西組（P1s）和石炭系上統太原組（C3t）。

1.2.1 "二疊系下統山西組（P1s）

二疊系下統山西組（P1s）為井田內主要含煤地層，在西南及南部有大面積露頭。本組地層厚33.26～51.14 m，平均厚度為44.81 m，底部砂巖與太原組地層呈整合接觸，巖性主要為石英砂巖、泥巖、1號煤層、2號煤層。3號煤層位于山西組下部，厚4.70～7.42 m，平均厚度為5.73 m，開采條件良好。

1.2.2 "石炭系上統太原組（C3t）

石炭系上統太原組（C3t）為井田內另外一個含煤地層，巖性主要為砂巖、粉砂巖、泥巖、砂質泥巖、石灰巖、9號煤層、15號煤層等。本組地層厚72.45～97.66 m，平均厚度為84.55 m。其中，9號煤層厚0.90～1.76 m，平均厚度為1.34 m。15號煤層位于太原組中下部，上有一薄層黑色泥巖偽頂，厚2.30～5.30 m，平均厚度為3.14 m。

1.3 "構造

本井田位于太行山復式背斜西翼、沁水盆地東翼南段、晉獲褶斷帶的西側。井田總體為一軸向近南北、向北傾伏的寬緩向斜，兩翼傾角為2°～3°。井田內斷裂構造不發育，無陷落柱構造，未見巖漿巖侵入。井田構造屬簡單類型。

2 " 煤層、煤質

2.1 "煤層含煤性

井田內含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組，含煤地層總厚度為129.36 m，共含煤12層，煤層總厚度為14.42 m。含煤系數為11.15%，可采煤層有3層，即3號、9號、15號煤層，總厚度為10.31 m，可采含煤系數7.97%。

太原組平均總厚度為84.55 m，分布9個煤層，分別為5號、6號、7號、8號、9號、11號、12號、13號、15號。其中，9號、15號煤層全區較穩定可采，6號煤層不穩定零星可采，其余均不穩定不可采。煤層總厚度為7.85 m，含煤系數9.28%。9號、15號煤層厚度為4.58 m，可采含煤系數5.42%。

山西組平均總厚度為44.81 m，含3個煤層，由上而下為 "1號、2號、3號。其中，3號煤層賦存區穩定可采，1號、2號煤層不穩定不可采。煤層總厚度為6.57 m，含煤系數14.66%。3號煤層平均厚度為5.73 m，可采含煤系數12.79%。

2.2 "可采煤層

井田內可采煤層為3號、9號、15號煤層，其特征如表1所示。

2.3 "煤巖、煤質

2.3.1 "煤的物理性質及宏觀煤巖特征

15號煤為雙組分組微鏡惰煤。15號煤均為黑～灰黑色，強玻璃～似金屬光澤，貝殼狀、階梯狀斷口，均為一條帶狀結構，層狀構造，內生裂隙較發育。15號煤層沿層理和裂隙充填了方解石和脈狀黃鐵礦細脈。

2.3.2 "煤的化學性質

15號煤層為低灰～中灰、中高～高硫、特低～低揮發分、中高固定碳～高固定碳、特低磷、特低氯、特低砷、低氟、高發熱量的無煙煤二號。

3 " 開采地質條件

3.1 "水文地質條件

3.1.1 "礦井水文地質及充水條件

礦井水主要源于地表水、大氣降水、上下石盒子組砂巖裂隙含水層水、山西組砂巖裂隙含水層水、太原組巖溶裂隙含水層水和采（古）空區積水，充水通道主要有導水裂縫帶、廢棄井筒、鉆孔、斷裂帶等。井田內奧灰水位標高為+472.00～+473.00 m，奧灰水由北東流向南西。15號煤層底板標高為+480.00～+530.00 m，該煤層為不帶壓開采煤層。

3.1.2 "礦井涌水量預測

本次15號煤層涌水量預算采用“大井法”[3-4]，是將礦坑或巷道系統概化為一個“大井”，然后采用地下水動力學的井流解析法計算公式預算15號煤層頂板直接充水含水層對礦井的涌水量。

“大井法”承壓轉無壓預算公式為：

（1）

（2）

式中：Q為預算礦井涌水量，m3/d；K為滲透系數，m/d，取0.01 m/d；H為水柱高度，m，取水文孔含水層自然水位標高（+515.06 m）至15號煤層底板最低位置（+480.00 m）的距離35.06 m；S為水位降深，m，采用自然水位標高（+515.06 m）至疏干標高（+480.00 m）的距離35.06 m；M為含水層的厚度，m，取水文孔資料15.00 m；h為動水位至底板隔水層水柱高度，m，取0 m；R0為“大井”影響半徑，m；r0為“大井”半徑，m。

=813.90 m（3）

式中：F為15號煤層井田面積2.08 km2。

經上述公式計算，預測15號煤層礦井正常涌水量約為21.78 m3/h（522.68 m3/d）。

3.2 "工程地質條件及其他開采技術條件

該礦15號煤層頂、底板裂隙不是很發育，煤層頂底板分類屬中等；地層產狀劃分為簡單；不存在陷落柱及沖擊地壓、地熱和天窗等地質災害危險，其他特殊地質因素為中等。15號煤層為容易自燃煤層，煤塵無爆炸危險（見表2、表3）。綜合評定工程地質及其他開采地質條件為中等型。

4 " 開發利用前景分析

據本次研究估算，15號煤層煤炭資源量為949萬t，其中，探明資源量為888萬t，控制資源量為41萬t，推斷資源量為20萬t。煤炭資源豐富，勘探程度較高，資源可靠，地質條件較好，交通方便，煤質較好。15號煤層的開發建設將帶動當地煤炭行業的發展，同時能有效促進地方經濟繁榮、增加就業機會、穩定就業形勢、實現鄉村振興。

5 " 結論

（1）井田內主要含煤地層為二疊系下統山西組（P1s）和石炭系上統太原組（C3t），井田構造屬簡單類型。

（2）15號煤層厚2.30～5.30 m，平均厚度為3.14 m，屬較穩定全區可采煤層。15號煤層為低灰～中灰、中高～高硫、特低～低揮發分、中高固定碳～高固定碳、特低磷、特低氯、特低砷、低氟、高發熱量的無煙煤二號。

（3）預測15號煤層礦井正常涌水量約為21.78 m3/h，井田內奧灰水位標高為+472.00～+473.00 m，奧灰水由北東流向南西。15號煤層底板標高為+480.00～+530.00 m，該煤層為不帶壓開采煤層，頂、底板裂隙不發育，地層產狀簡單，工程地質及其他開采地質條件為中等型。

（4）15號煤層資源豐富，開采條件良好，交通便利，開采后能提高人們的生活水平、增加就業機會、穩定就業形勢、實現鄉村振興等。

[參考文獻]

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Study on geological characteristics and development and utilization prospect of

Coal Seam 15 in Yangcheng Daqiao Coal Mine， Shanxi Province

Song Xinqiang

（Jincheng Energy Technology Service Center， Jincheng 048000， China）

Abstract：Daqiao Coal Mine is located in the northwest of Daqiao Village， Beiliu Town， Yangcheng County. Currently， it is mining Coal Seams 3 and 9， and Coal Seam 15 is an important ore body for its next mining. Based on the analysis of the geological structure， coal seam， coal rock， coal quality and mining geological conditions of Coal Seam 15， it is found that the roof and floor fractures of Coal Seam 15 are not developed， and the stratum occurrence is simple. It is a relatively stable and minable coal seam in the entire area， belonging to Anthracite No.2. It is predicted that the normal water inflow of Coal Seam 15 is about 21.78 m3/h， the elevation of the Austrian limestone water level in the mine field is +472.00～+473.00 m， the Austrian limestone water flows from northeast to southwest， and the elevation of the floor of Coal Seam 15 is +480.00～+530.00 m， Coal seam 15 in the mine field is mined without pressure， and the engineering geological and other mining geological conditions are of medium type; Coal Seam 15 is rich in coal resources， with a reserve of 9.49 million tons and convenient transportation. Its mining plays a positive role in improving people’s living standards， stabilizing the employment situation， and achieving rural revitalization.

Key words： Daqiao Coal Mine; Coal Seam 15; geological characteristics; development and utilization prospect