燕子山礦開采條件分析及資源儲量估算

段曉燕

（晉能控股煤業(yè)集團有限責任公司 燕子山礦，山西 大同 037037）

1 概 況

燕子山礦地層從老到新依次為志留系中統(tǒng)韓家店組、二疊系、三疊系下統(tǒng)、三疊系中統(tǒng)雷口坡組、三疊系上統(tǒng)須家組、第四系殘積坡積層，各層的主要特征見表1。

表1 燕子山礦地層區(qū)劃特征描述Table 1 Description of stratigraphic division characteristics of Yanzishan Mine

經探測，燕子山礦含煤地層主要的巖石成分包括有泥巖、石灰?guī)r、細粉砂巖、黏土巖等。燕子山礦煤系厚度為71.17～104.11 m，平均煤系厚度為83.24 m；共含有8 層煤層，總厚度在3.48～11.96 m，平均煤層厚度為6.42 m，燕子山礦的含煤系數(shù)為7.71%。燕子山礦可供開采的煤層共有4 層，分別為K1、K2、K3b和K4，厚度為2.01～9.76 m，可采煤層的平均厚度為4.70 m，燕子山礦可采煤層的平均含煤系數(shù)為5.63%。

2 燕子山礦開采技術條件分析

2.1 燕子山礦水文地質分析

經探測，燕子山礦主要充水含水層包括有石灰?guī)r巖溶裂隙含水層；該區(qū)域的地下水主要通過大氣降水進行補給，由于本地的大氣降水減少，其對應的補給條件較差，再加上燕子山礦所在區(qū)域的斷層相對稀少；綜合分析，燕子山礦煤層開采前各水力聯(lián)系相對微弱。

在對燕子山礦鉆孔抽水試驗報告分析可知，各地層的涌水主要以二疊系上統(tǒng)長興組和茅口組為主。其中，二疊系上統(tǒng)長興組地層的單位最大涌水量為0.016 2 L/s·m，茅口組地層的單位最大涌水量為0.003 7 L/s·m。

總的來講，燕子山礦礦區(qū)屬于巖溶裂隙礦床，其水文地質條件屬于中等水平。

2.2 燕子山礦瓦斯特征分析

初步探測可知，燕子山礦屬于瓦斯突出的礦井，其主要成分為甲烷[2]。燕子山礦可采煤層的瓦斯含量及其可燃值見表2。

表2 燕子山礦可采煤層瓦斯特征參數(shù)Table 2 Gas characteristic parameters of mineable coal seam in Yanzishan Mine

結合瓦斯探測所得的等值線圖和瓦斯生成的原理，在燕子山礦南側主要為無煙煤，而在其背側主要為貧煤；由于無煙煤吸附瓦斯的能力較強，導致燕子山礦南側的瓦斯含量大于背側。燕子山礦二疊系龍?zhí)督M地層以泥巖和砂質泥巖為主，其結構相對致密，在現(xiàn)場形成一個相對封閉的空間，不利于煤層的瓦斯外溢[3]。同時，煤層厚度越大對應生成瓦斯的量越多。

綜上所述，燕子山礦南側瓦斯突出現(xiàn)象較北側更加嚴重；由于K3b煤層的厚度最大，其對應的瓦斯含量最大，與實際探測的結果相一致。

3 燕子山礦煤炭儲量估算

在上述地質、含煤地質、水文及瓦斯等開采條件特征分析的基礎上，明確燕子山礦可供開采的煤層共包括K1、K2、K3b和K4。此次重點對4 個煤層煤炭的儲量進行估算。其中，K1屬于中厚煤層；K2和K4屬于薄煤層；K3b屬于厚煤層。

3.1 估算方法及原則

目前，針對煤炭儲量估算可采用的方法包括有地質塊段法、斷面法、開采塊段法3 種[4]。其中，地質塊段法主要適用于煤層分布不規(guī)則、厚度相對均勻且傾角較大的煤炭儲量估算；斷面法可適用于任意形狀的礦體；開采塊段法一般適用于開采開拓以上煤層儲量的估算[5]。

對于燕子山礦而言，其礦體的形態(tài)相對簡單；而且該礦的空間形態(tài)呈現(xiàn)為單斜構造的狀態(tài)，煤層傾角較大。因此，采用地質塊段法并依據(jù)標高、煤炭類別以及分塊段對燕子山礦的煤炭儲量進行估算，估算公式見式（1）。

式中：Q 為煤炭的估算值，萬t；S 為塊段平面積，10 km2；α 為塊段的平均傾角，（°）；L 為塊段煤層的平均厚度，m；d 為塊段煤層的容重，t/m3。

根據(jù)《煤、泥地質勘察規(guī)范》[3]所規(guī)定的基本線距可將煤層劃分為3 個塊段，分別為探明的煤炭資源（331 基本線距為500 m）、控制的煤炭資源（332 基本線距為1 000 m）和推斷的煤炭資源（基本線較332 擴大一倍）。

同時，根據(jù)燕子山礦煤質的不同，可將其分為貧煤、無煙煤2 種塊段。

3.2 燕子山礦煤炭估算范圍

經初步探測，各煤層占地面積估算見表3。

表3 燕子山礦各煤層不同標高可采面積估算Table 3 Estimation of recoverable area at different elevations of each coal seam in Yanzishan Mine

其中，對于K1煤層而言，在+50—-800 m 區(qū)域可采面積占據(jù)該煤層全區(qū)域可采面積的52%，屬于局部可采煤層；對于K2煤層而言，在+50—-800 m 區(qū)域可采面積占據(jù)該煤層全區(qū)域可采面積的100%，屬于全區(qū)可采煤層；對于K3b煤層而言，在+50—-800 m 區(qū)域可采面積占據(jù)該煤層全區(qū)域可采面積的57%，屬于局部可采煤層；對于K4煤層而言，在+50—-800 m 區(qū)域可采面積占據(jù)該煤層全區(qū)域可采面積的78%，屬于大部分可采煤層。

根據(jù)“3.1”中煤炭儲量的估算方法和塊段的劃分原則，在K1、K3b和K4煤層包含有（331）+（332）+（333）的煤炭儲量；在K2煤層包含（332）+（333）的煤炭儲量。

3.3 煤炭資源儲量估算

以K3b煤層煤炭儲量估算為例，在上述估算方法、塊段劃分結果和儲量估算范圍分析的基礎上，得出K3b煤層所估算的煤炭儲量見表4。

表4 K3b 煤層煤炭儲量估算結果（單位：萬t）Table 4 Reserves estimation results of No.K3b coal seam(unit:ten thousand tons)

如表4 所示，對于K3b煤層而言，在+50—-200 m 水平線煤炭儲量為1 791 萬t，在-200—-300 m 水平線煤炭儲量為742 萬t，在-300—-600 m 水平線煤炭儲量為2 255 萬t，在-600—-800 m 水平線煤炭儲量為1 575 萬t；貧煤儲量為2 422 萬t，無煙煤儲量為3 741 萬t。

同理得出，K1煤層煤炭的儲量為1 860 萬t，K2煤層煤炭的儲量為1 058 萬t；K3b煤層煤炭的儲量為6 363 萬t；K4煤層煤炭的儲量為800 萬t。按照煤質分類，貧煤煤炭儲量為4 176 萬t，無煙煤煤炭儲量為5 905 萬t。

4 結 論

準確掌握燕子山煤礦開采煤層數(shù)量、所在區(qū)域以及煤質、儲量等參數(shù)對于后續(xù)煤礦開采計劃有重要意義。本文采用分塊段方法重點對燕子山煤礦的資源儲量進行估算，具體總結如下。

（1）燕子山煤礦可開采煤層包括有K1、K2、K3b和K4，厚度為2.01～9.76 m，可采煤層的平均厚度為4.70 m。

（2）燕子山煤礦的水文條件相對穩(wěn)定，各地層的涌水主要以二疊系上統(tǒng)長興組和茅口組為主。其中，二疊系上統(tǒng)長興組地層的單位最大涌水量為0.016 2 L/s·m，茅口組地層的單位最大涌水量為0.003 7 L/s·m。

（3）燕子山煤礦存在瓦斯突出的危險性，其中以K2煤層的瓦斯含量最少，為16.97 mL/gm；K3b煤層的瓦斯含量最多為25.26 mL/gm。

（4）K1煤層煤炭的儲量為1 860 萬t，K2煤層煤炭的儲量為1 058 萬t；K3b煤層煤炭的儲量為6 363 萬t；K4煤層煤炭的儲量為800 萬t。按照煤質分類，貧煤煤炭儲量為4 176 萬t，無煙煤煤炭儲量為5 905 萬t。