廣西堯蒙勘查區(qū)煤炭地質(zhì)與煤質(zhì)特征分析

張嘉寧 楊欣欣

（1.中國煤炭地質(zhì)總局第二勘探局，河北 涿州 072750；2.黑龍江省能源地質(zhì)測試研究院，黑龍江 哈爾濱 150046）

廣西環(huán)江縣堯蒙勘查區(qū)煤炭資源普查環(huán)江縣的北西30°方向，距環(huán)江縣城約50 km，由川山鎮(zhèn)至環(huán)江縣城為四級公路，距川山鎮(zhèn)約15 km，有簡易公路與川山鎮(zhèn)相通，交通比較方便。地理坐標(biāo)：東經(jīng)108°01′30″～108°05′45″，北緯25°06′30″～25°10′45″。地貌為低山侵蝕山地，地形中等切割，最低海拔262.0 m，最高海拔837.4 m，相對高差575.4 m，植被較多。屬亞熱帶氣候，雨量充足。地表溶洞、漏斗較為發(fā)育。大環(huán)江從東北角流入礦區(qū)，與支流匯合后向東南方向流出礦區(qū)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

紅山─茂蘭含煤盆地位于江南古陸的西南緣，桂北古隆起西南端與桂中凹陷北端的結(jié)合部，古地理屬早石炭紀(jì)早期江南古陸西南紅茂～宜山大型聚煤拗陷盆地成煤帶。早石炭紀(jì)早期江南古陸的隆起控制了本區(qū)含煤巖系的形成，印支運動期控制著煤系的形態(tài)，燕山造山時期桂北地殼整體上升，煤系地層大多被剝蝕，而桂西北上升相對較小，其內(nèi)大部分含煤系地層保存較完好，主要保存于茂蘭向斜、紅山向斜和明倫向斜相互平行北北東向的向斜內(nèi)[1]。堯蒙勘查區(qū)屬紅茂煤田茂蘭向斜東翼東南部，其內(nèi)主要含煤巖系—下石炭統(tǒng)寺門組（C1s）保存較完好，目前勘查開發(fā)程度較低，具有較好前景。

紅茂煤田由茂蘭煤礦區(qū)、紅山煤礦區(qū)組成，位于我國東部新華廈系第三隆起帶南緣，廣西山字型構(gòu)造馬蹄盾地的桂西北褶皺帶，南丹—河池—環(huán)江環(huán)形斷裂帶中部，小環(huán)江區(qū)域性大斷裂西面，主要由北—北北東向排列的二個背斜和三個向斜組成。區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育北北東走向、北西走向兩組斷裂，見少量規(guī)模較小北東向斷層。區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)主要有煤礦，其次為石灰石、滑石、鉛鋅礦、硫鐵礦、褐鐵礦及銅礦等礦產(chǎn)分布。區(qū)內(nèi)基巖出露一般，依次出露地層有：下石炭統(tǒng)英塘組（C1yt）、黃金組（C1h）、寺門組（C1s）、羅城組（C1l）、中石炭統(tǒng)大埔組（C2d） 、第四系（Q）?？辈閰^(qū)位于茂蘭向斜東翼東南部的堯蒙—白丹一帶，紅山礦區(qū)和跑馬灘礦區(qū)西南面，總體構(gòu)造形態(tài)為背斜構(gòu)造，地層走向NE35°，傾角一般在25°～40°之間。受區(qū)域構(gòu)造的影響，該區(qū)發(fā)育有四條正斷層（編號為F1、F2、F3、F4），斷層呈北東至南西展布及北西至南東展布。

2 勘查區(qū)地層及含煤性特征

勘查區(qū)內(nèi)各段巖性不同，羅城組主要巖性為中厚層狀微～細(xì)晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，夾鈣質(zhì)泥巖和泥質(zhì)砂巖，過渡到寺門組相變?yōu)楸≈林泻駥訝畹幕規(guī)r夾泥巖和薄煤或炭質(zhì)泥巖，而下部黃金組則為灰、黑色的薄層至厚層狀灰?guī)r或泥質(zhì)灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖，英塘組為多重復(fù)砂、泥巖沉積旋回組合。根據(jù)地層的沉積旋回，羅城組（C1l）作為全區(qū)的大對比標(biāo)志層，羅城組底界作為對比基線，然后根據(jù)各組巖性以及地球物理測井曲線等特征進行煤層對比[2]。

勘查區(qū)含煤地層主要有下石炭統(tǒng)寺門組（C1s）和英塘組（C1yt）。

（1）寺門組（C1s）含煤地層為勘查區(qū)主要含煤地層，本次勘查主要目的層。區(qū)內(nèi)從北東至南西均有分布，巖性以灰色、深灰色中厚～厚層狀灰?guī)r、泥灰?guī)r為主，灰色、深灰色、淺灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖次之，灰?guī)r中夾有薄層泥巖，見少量砂巖、炭質(zhì)泥巖、煤層。該段地層厚200.45～333.45 m，平均約254.00 m。含薄煤層1層（編號Ⅰ煤），含煤系數(shù)為0.11%，本次勘查工程點見煤厚度均不可采。Ⅰ煤層為本區(qū)寺門組唯一含煤，該煤層位于本段中上部，上距羅城組（C1l）底界約105.60 m，下距黃金組（C1h）頂界約174 m。厚度0～0.31 m，結(jié)構(gòu)簡單，層位不穩(wěn)定，厚度變化大，分布不連續(xù)，局部地段相變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖，屬不穩(wěn)定煤層，全區(qū)不可采。

（2）英塘組（C1yt）含煤地層，區(qū)內(nèi)分布于F2斷層以東，主要以灰色、灰黃色泥巖和砂巖組成的多旋回韻律構(gòu)造，地層厚度160.00～280.20 m。含煤性差，該段中上部夾3至7層薄層煤線及炭質(zhì)泥巖，層位不穩(wěn)定，本區(qū)內(nèi)不可采。該段區(qū)域主要分布于明倫向斜和紅山向斜中[3]，巖性以灰色、深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，夾灰色、灰白色石英砂巖和煤層等組成。在紅山向斜中英塘組（C1yt）下部含數(shù)層薄煤線和炭質(zhì)泥巖，層位不穩(wěn)定，為不可采煤層；在明倫向斜北部英塘組（C1yt）下部含2～5層薄煤層或煤線，含煤系數(shù)約0.58%，含局部可采（E煤層）一層，E煤層在塘甲煤礦、雅京煤礦發(fā)育比較好，層位穩(wěn)定，厚度0～1.72 m，在塘甲、豹山一帶達(dá)到可采，在本區(qū)相變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖或含炭泥巖。

3 勘查區(qū)煤質(zhì)特征

3.1 煤的物理性質(zhì)

I煤層：灰黑色～黑色，條痕為灰黑色，似金屬光澤，屬半亮煤，硬度較大，結(jié)構(gòu)簡單，以鏡煤或亮煤為主，貝殼狀斷口，均一狀結(jié)構(gòu)為主，層狀構(gòu)造。視密度為1.41～1.90 t/m3，平均1.64 t/m3。

3.2 煤的化學(xué)性質(zhì)

本勘查區(qū)主要煤層為Ⅰ煤，其工業(yè)分析結(jié)果為：Ⅰ煤原煤空氣干燥基水分（Mad）為0.76%～5.76%，平均2.48%。Ⅰ煤浮煤空氣干燥基水分（Mad）為0.40%～6.78%，平均2.50%。Ⅰ煤屬低水分煤。Ⅰ煤原煤干燥基灰分（Ad）為12.59%～43.81%，平均27.11%。Ⅰ煤浮煤干燥基灰分（Ad）為4.29%～14.11%，平均11.11%。Ⅰ煤層屬中灰煤。Ⅰ煤原煤干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf）為7.51%～43.81%，平均28.46%。Ⅰ煤浮煤干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf）為7.53%～38.43%，平均18.69%。Ⅰ煤層屬中高揮發(fā)分煤。本勘查區(qū)內(nèi)Ⅰ煤層屬于低水分、中灰、中高揮發(fā)分煤。當(dāng)Ⅰ煤層干燥基原煤低位發(fā)熱量（Qnet.d）為21.5 MJ/kg時，浮煤干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf）平均為7.53%～9.78%，Ⅰ煤層煤類為煙煤（YM）。

本次勘查工作對可見煤層抽取6個樣品進行了元素分析。獲得Ⅰ煤層的元素分析結(jié)果，其中煤中碳（Cad）的含量為44.49%～77.90%，平均值為56.87%；氫（Had）的含量1.72%～3.20%，平均值為2.44%；氮（Nad）的含量為0.50%～0.72%，平均值為0.57%；氧（Oad）的含量為0.53%～19.60%，平均值為8.14%。

勘查區(qū)內(nèi)煤中有害元素主要為硫、磷、砷等元素，這些元素隨煤層的開采和利用，對人畜和生態(tài)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有不同程度的影響[4]。其中原煤全硫（St,d）含量為1.02%～5.98%，平均值為2.99%，屬中高硫煤（淺部煤層含硫稍高）（MHS）；煤中有機硫（So,d）成分平均為0.54%，其中的有機硫部分洗選也不能排除，煤燃燒后以氧化硫氣體形式排放至大氣中，一定程度地造成空氣污染。其中煤中磷（P,d）的范圍0.001%～0.018%，平均值0.008%，屬于特低磷煤（LP）；煤中砷（As,d）的范圍為3×10-6～12×10-6，平均值為6.33×10-6，屬于二級含砷煤，普遍低于燃燒用煤對砷含量的限制。據(jù)鉆孔測井資料，勘查區(qū)內(nèi)各組地層巖石天然放射性強度一般在0.12～2.18 Pa/kg之間，煤層0.66～1.03 Pa/kg之間，煤層及煤矸石的天然放射性不會對人體造成影響。

經(jīng)對Ⅰ煤層樣品測試獲得Ⅰ煤層干燥基原煤低位發(fā)熱量（Qnet.d）為15.90～30.13 MJ/kg，平均值20.69 MJ/kg；高位發(fā)熱量（Qgr.d）為16.46～30.81 MJ/kg，平均值21.25 MJ/kg，屬于低熱值煤。煤層的煤灰成分以SiO2為主，約占65.17%～9.98%，平均37.69%；其次是CaO（19.29%）、Fe2O3（15.10%）、AL2O3（11.97%）、SO3（11.26%）；MgO（2.32%）、TiO2（0.77%）和P2O5（0.07%）的含量較少。煤層的灰熔點較高，Ⅰ煤層變形溫度（DT）平均為1133 ℃，軟化溫度（ST）平均為1228 ℃，流動溫度（FT）平均為1314 ℃，屬較低軟化溫度灰（RLST）、中等流動溫度灰煤（MFT）[5]。

4 煤層頂、底板巖性及地溫特征

本區(qū)煤層頂?shù)装鍘r性以薄層層狀泥巖或厚層灰?guī)r為主，局部地段為粉砂質(zhì)泥巖。泥巖RQD值為30.70%～64.51%，巖石質(zhì)量劣的～好的，巖體完整性差～較完整，屬軟弱巖石；灰?guī)rRQD值為87.10%～92.45%，巖石質(zhì)量極好的，巖體完整，堅硬巖類。總體上，頂板屬泥巖地段，吸水膨脹，易變形垮塌，頂板屬于易冒落～中等冒落巖石，易發(fā)生底鼓。

根據(jù)測溫結(jié)果分析，地溫梯度平均為2.96℃/100 m，屬正常地溫梯度，無異常區(qū)?？辈閰^(qū)40～100 m為恒溫區(qū)，溫度平均為22.15 ℃，100 m以下為增溫帶，深度為500 m時地溫為33.60 ℃，屬正常溫區(qū)。

5 結(jié)論

（1）初步查明了堯蒙勘查區(qū)位于紅茂煤田茂蘭向斜東翼東南部，總體構(gòu)造形態(tài)為背斜構(gòu)造，地層走向北東至南西向，傾角一般25～35°；局部由于受構(gòu)造影響，地層產(chǎn)狀有所變化。

（2）初步查明了寺門組（C1s）發(fā)育1層煤線或炭質(zhì)泥巖，厚度均達(dá)不到可采，分布不連續(xù)不穩(wěn)定，局部地段相變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖。

（3）本勘查區(qū)斷裂較發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，寺門煤系地層沉積厚度大于紅山礦區(qū)和明倫礦區(qū)寺門煤系地層，巖性相變?yōu)橐曰規(guī)r為主，含煤性變差，勘查主要煤層Ⅰ煤層連續(xù)性差，屬不穩(wěn)定煤層。