貴州省方興煤礦地質(zhì)特征與可采煤層對比研究

代 倫

（貴州省煤田地質(zhì)局水源隊，貴州 貴陽 550081）

1 礦區(qū)地層及可采煤層

礦區(qū)內(nèi)鉆孔揭露地層由老至新依次為，二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m），二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）、長興組（P3c），三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y），三疊系下統(tǒng)茅草鋪組（T1m） 以及第四系（Q） 地層組成[1]，地層間為整合或不整合接觸。二疊系龍?zhí)督M（P3l）為煤系地層厚度79.57 ～113.38 m，平均102.35 m，含煤層5 ～14 層，一般10 層，煤層總厚度6.82 ～12.82 m，一般為9.92 m，含煤系數(shù)9.69%。此次編號煤層共8 層，自上而下依次為4、5、7、9、11、13、14、15 煤層；其中有5 層煤可采，編號分別為9、11、13、14、15 號，9 號煤煤層較穩(wěn)定屬全區(qū)可采煤層，11、13、14、15 號煤層屬全區(qū)大部可采的較穩(wěn)定煤層，可采煤層厚2.76 ～10.61 m，可采總厚度平均為6.26 m，可采含煤系數(shù)6.12%[2],可采煤層特征見表1。

表1 可采煤層特征一覽表Table 1 List of characteristics of mineable coal seams

2 構(gòu)造特征

井田位于揚(yáng)子陸塊（一級構(gòu)造單元） —黔北隆起（二級構(gòu)造單元） —遵義斷拱（三級構(gòu)造單元）的赫章—金沙—南白一線以南短軸式褶皺區(qū)（四級構(gòu)造單元）。屬北東—南西向的大頂坡背斜北西翼中段，地層走向呈北東- 南西向，傾向北偏西44°～69°，平均56°，傾角28°～37°，平均34°，礦區(qū)內(nèi)總體為一單斜構(gòu)造。

2.1 褶皺

區(qū)內(nèi)次一級褶曲不發(fā)育，井田內(nèi)部未見褶曲構(gòu)造[3]。

2.2 斷層

礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)3 條斷層，斷距在15 ～50 m，1條正斷層，2 條逆斷層。斷層基本情況見表2。

表2 斷層基本情況Table 2 Basic situation of faults

F1 斷層：井田內(nèi)在101 和201 孔北部發(fā)育近東西走向的一條正斷層F1，101 孔和201 孔在井田范圍內(nèi)控制該斷層。102 孔在孔深61 m 左右揭露該斷層，斷層落差在10 m 左右，該斷層斷失煤系地層中上部小部分；201 孔在孔深89 m 左右揭露該斷層，斷層落差在35 m 左右，斷失煤系地層中上部一部分，斷失主要可采煤層9 號煤；屬于基本查明斷層。

F2 斷層：井田401 孔東側(cè)發(fā)育有一條逆斷層F2，該鉆孔在152 m 左右揭露該斷層，造成9 號煤層頂板的重復(fù)，斷層落差20 m 左右。屬于查明斷層。

F3 斷層：在井田內(nèi)501 孔東側(cè)發(fā)育一條南西—北東走向逆斷層F3，該斷層在地表見2 個控制點，501 和502 孔在井田范圍內(nèi)控制該斷層，該斷層在501 孔造成了P3c 地層的重復(fù)，在502 孔造成了T1y1和P3c 地層的重復(fù)，斷層落差在50 m 左右。屬于基本查明斷層。區(qū)域內(nèi)無巖漿巖出露，對含煤地層及煤層無破壞影響作用。

3 煤層對比

以煤層所在位置為對比依據(jù)，采用標(biāo)志層為主，結(jié)合煤層自身特征（層位、厚度、結(jié)構(gòu)、硫分、灰分、煤巖特征）、層間距、物性參數(shù)特征、頂?shù)装逄卣鞯?，對各煤層進(jìn)行綜合對比[4]。

3.1 標(biāo)志層

區(qū)內(nèi)含煤地層主要依據(jù)標(biāo)志層法進(jìn)行對比，其標(biāo)志層巖性特征明顯、層位穩(wěn)定、分布廣泛、分布穩(wěn)定、易于鑒別、區(qū)內(nèi)具可對比性的巖性標(biāo)志層有4 層[4]，自上而下編號為B1、B2、B3、B4。

3.1.1 B1標(biāo)志層

位于含煤地層頂部，巖性為灰?guī)r，灰色，薄至中厚層狀，泥晶結(jié)構(gòu)，溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，局部發(fā)育小溶孔，含少量黃鐵礦結(jié)核，偶夾薄層粉砂巖。局部發(fā)育垂直裂隙，厚0.85 ～4.05 m，一般厚2.06 m 左右。礦區(qū)內(nèi)該標(biāo)志層層位、巖性穩(wěn)定、分布穩(wěn)定，上距長興組底部0.57 ～4.15 m，平均2.33 m，下距9 號煤層33.36 ～53.36 m，平均43.13 m，是對比9號煤良好標(biāo)志層（9 號煤層全區(qū)可采）[5]。

3.1.2 B2標(biāo)志層

位于含煤地層中部，巖性為灰?guī)r，淺灰色，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，薄至中厚層狀，含方解石脈，含黃鐵結(jié)核，水溶蝕線發(fā)育，厚1.17 ～6.62 m，平均2.78 m。礦區(qū)內(nèi)該標(biāo)志層層位、巖性、厚度較穩(wěn)定，上距9 號煤層1.16 ～7.20 m，平均4.20 m，下距11號煤層13.12 ～17.66 m，平均14.76 m，是對比9、11 號煤層的良好標(biāo)志層[6]。

3.1.3 B3標(biāo)志層

位于含煤地層龍?zhí)督M下部，巖性為灰?guī)r，灰色、淺灰色，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，發(fā)育斜交裂隙，被方解石填充，局部溶蝕現(xiàn)象發(fā)育。局部含少量黃鐵礦結(jié)核和方解石脈，灰?guī)r薄到中厚層狀，厚0.48～2.84 m，平均1.65 m，該標(biāo)志層層位、巖性、厚度、分布較穩(wěn)定。上距13 號煤層為5.32～10.47 m，平均7.14 m，下距14 號煤層為0.29～2.12 m，平均1.09 m。是對比13、14 號煤層的良好標(biāo)志層。

3.1.4 B4標(biāo)志層

位于含煤地層龍?zhí)督M底部，巖性為鋁土質(zhì)泥巖，呈灰色、灰白色，具滑感、鮞狀結(jié)構(gòu)，含豐富的星散狀黃鐵礦、團(tuán)塊狀黃鐵礦結(jié)核，厚度2.04 ～11.10 m，平均3.83 m，該標(biāo)志層層位、巖性、厚度較穩(wěn)定，上部緊接著為15 號煤，是煤系地層結(jié)束的穩(wěn)定標(biāo)志層，也是對比15 號煤的良好標(biāo)志。

3.2 層間距

層間距是衡量煤層傾角和垂直度的重要指標(biāo)，作為確定煤層對比的方法之一，從鉆孔揭露以及以往地質(zhì)資料來看，區(qū)內(nèi)各煤層層間距變化較大[7]，但從同一條勘探線和相鄰鉆孔所揭露的數(shù)據(jù)來看，煤層層間距相對比較穩(wěn)定，區(qū)內(nèi)煤層都是近距離煤層，這種特征可作為煤層對比的輔助支撐。

3.3 煤層自身特征

（1） 層位。

9 煤層在區(qū)內(nèi)具有層位和厚度較穩(wěn)定的特征，位于龍?zhí)督M中部，其上無其它可采煤層，其下有穩(wěn)定的灰?guī)r作為標(biāo)志層；15 煤層位于煤系地層龍?zhí)督M底部，其下無其它煤層，多與淺灰色、灰白色鋁土質(zhì)泥巖直接接觸。這兩層煤對比關(guān)系確定后，其它煤層可根據(jù)其上下關(guān)系進(jìn)行對比。

（2） 厚度。

9 煤層是全區(qū)分布最廣和最穩(wěn)定的煤層，其為龍?zhí)督M厚度大于2 m 的煤層，其上下無其它煤層大于2 m。

（3） 結(jié)構(gòu)。

15 煤層在區(qū)內(nèi)的表現(xiàn)為，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般含1 層夾矸，夾矸為泥巖或含炭質(zhì)泥巖，其中泥巖含少量星散狀鐵礦，相對其它煤層，在區(qū)內(nèi)所有煤層中其煤層結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜。

（4） 硫分。

原煤9 號煤為1.23%～6.18%，平均為2.73%；11 號煤2.12% ～4.87%，平均為3.22 %；13 號煤2.19% ～6.64%，平均為4.03 %；14 號煤2.35% ～4.00%，平均為3.10%；15 號煤2.94% ～8.94%，平均為5.61%，原煤硫分在垂向上隨深度增加總體上呈波浪形，15 煤層硫分明顯大于其余各可采煤層，全區(qū)均值在3.67%左右；浮煤9 號煤為0.66%～0.92%，平均為0.77%；11 號煤0.86%～1.30%，平均為1.15%；13 號煤1.01% ～1.65%，平均為1.32%；14 號煤0.83% ～4.39%，平均為2.14%；15 號煤0.91%～6.68%，平均為3.82%，浮煤硫分在垂向上隨深度增加先增大后減小。根據(jù)煤層含硫量的高低，在近距離煤層進(jìn)行對比時能明顯區(qū)別15 煤層。

（5） 灰分：原煤9 號煤為18.77%～35.95%，平均為25.42%；11 號煤22.25%～37.85%，平均為31.69%；13 號煤20.22% ～29.97%，平均為25.66%；14 號煤11.73% ～38.17%，平均為29.04%；15 號煤20.52% ～37.18%，平均為27.12%，原煤灰分在垂向上隨深度增加總體上呈波浪形增加；浮煤9 號煤為6.70%～13.36%，平均值為8.19%；11 號煤7.62 ～8.57%，平均為8.20%；13 號煤5.70% ～10.19%，平均為8.33%；14 號煤7.37% ～9.81%，平均為8.88%；15 號煤7.79% ～13.41%，平均為9.43%，浮煤灰分在垂向上隨深度增加而無明顯變化，但其值比原煤灰分明顯減小。

根據(jù)《煤炭質(zhì)量分級第1 部分：灰分》GB/T15224.1-2018 的規(guī)定，區(qū)內(nèi)各主要可采煤層屬中- 高灰煤，其中9、13、14、15 號煤層為中灰煤（MA），11 號煤為高灰煤（HA）。因此可以能明顯區(qū)別11 煤層。

3.4 測井曲線對比

3.4.1 方法選擇

在定性的基礎(chǔ)上采用三側(cè)向電流（D3C） （或電位電阻率NR）、長源距伽馬伽馬（GGL） （或自然伽馬（GR）） 2 種曲線進(jìn)行定厚解釋，巖、煤層物性特征見表3。

表3 巖、煤層物性特征Table 3 Physical properties of rock and coal seam

3.4.2 對比成果

煤層對比主要依據(jù)煤巖層的物性特征、曲線的幅度異常、形態(tài)異常及特殊形態(tài)組合關(guān)系等進(jìn)行對比[8]。

7、9 煤層：該煤組位于龍?zhí)督M上部。7 煤層全區(qū)局部可才采，頂?shù)装寰鶠槟鄮r、砂紙泥巖，天然放射性具有明顯物性反應(yīng)特征，其特征描述為，在天然放射性低值過渡到煤地板地層過程中，底板天然放射性呈現(xiàn)臺階狀逐漸升高，具有明顯的物性反應(yīng)特征。9 煤層為算量煤層，也是全區(qū)的基準(zhǔn)煤層。其物性反應(yīng)明顯且全區(qū)可采，煤層穩(wěn)定。物性反應(yīng)特征為，從7 煤層底板天然放射性由低到高呈階梯狀升高后出現(xiàn)斷崖式降低反應(yīng)煤層。地板物性反應(yīng)更加明顯，呈現(xiàn)山峰狀天然放射性升高。9 煤層與B2標(biāo)志層間距穩(wěn)定具有很強(qiáng)的物性對比性（圖1）。

圖1 7 號和9 號煤層曲線特征對比圖Fig.1 Curve feature comparison of No.7 and No.9 coal seams

11、13 煤層：該煤組位于龍?zhí)督M下部。11、13 煤層均為算量煤層。11 煤層天然放射性極高，是11 煤層的重要物性特征且全區(qū)呈現(xiàn)這一特征。13 煤層夾矸中天然放射性具有極高反應(yīng)數(shù)值，并呈現(xiàn)"之"字形態(tài)。電性曲線與人工伽馬也對以特殊反映相呼應(yīng)。B3 標(biāo)志層與13 煤層間距穩(wěn)定具有很強(qiáng)對比反應(yīng)（圖2）。

圖2 11 號和13 號煤層曲線特征對比圖Fig.2 Curve feature comparison of No.11 and No.13 coal seams

14、15 煤層：該煤層位于龍?zhí)督M底部，14、15 煤層均為不可采煤層，14 煤層發(fā)育不穩(wěn)定，部分鉆孔出現(xiàn)缺失。14 煤層位于B3標(biāo)志層下部，對比簡單可靠，曲線反應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)灰?guī)r壓煤反應(yīng)形態(tài)。15 煤層位于B4標(biāo)志層上部，由于B4標(biāo)志層是鋁土質(zhì)泥巖，故15 煤層呈現(xiàn)高自然伽馬形態(tài)[9]，便于區(qū)分14 煤層。具有極明顯的反應(yīng)特征（圖3）。

圖3 14 號和15 號煤層曲線特對比圖Fig.3 Curve feature comparison of No.14 and No.15 coal seams

4 煤層及頂?shù)装逄卣?/h2>

（1） 9 號煤層。

位于龍?zhí)督M中部，上距長興組底界33.36 ～53.56 m，平均43.13 m；下距11 號煤層15.45 ～31.48 m，平均21.74 m。煤層全層厚度1.18 ～3.40 m，平均2.49，采用煤層厚度0.93 ～3.40 m，平均2.41 m。煤層中夾石0 ～1 層，一般無夾矸，煤層結(jié)構(gòu)簡單，屬于穩(wěn)定煤層。

該煤層頂板巖組主要由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成；底板巖組主要由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖組成；在該煤層頂?shù)装甯鲙r性中，泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖屬半堅硬巖組，未風(fēng)化之前穩(wěn)定性較好，但遇水后則易風(fēng)化破碎，穩(wěn)定性相對較差；粉砂質(zhì)泥巖則屬軟弱巖組，遇水即風(fēng)化破碎、膨脹或崩解，穩(wěn)定性極差。該煤層頂?shù)装鍘r組巖石質(zhì)量指標(biāo)大多為Ⅱ、Ⅲ類, 頂板巖性RQD 值為21%～74%，底板巖性RQD 值為57%～74%。因此，根據(jù)該煤層頂?shù)装甯鞣N巖性組合以及巖石物理力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，該煤層頂?shù)装鍘r組穩(wěn)定性良—中等。

（2） 11 煤層。

位于龍?zhí)督M中下部，上距9 煤層15.45 ～31.48 m，平均21.74 m；下距13 煤層6.09 ～13.41 m，平均12.45 m。煤層全層厚度0.27 ～1.91 m，平均0.87 m；采用煤層厚度0.27 ～1.91 m，平均0.76 m。煤層夾矸0～2 層，一般夾矸1 層，煤層結(jié)構(gòu)較簡單。屬較穩(wěn)定煤層。

該煤層頂板巖組主要由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、石灰?guī)r組成；底板巖組主要由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成；在該煤層頂?shù)装甯鲙r性中泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、屬半堅硬巖組，未風(fēng)化之前穩(wěn)定性較好，但遇水后則易風(fēng)化破碎，穩(wěn)定性相對較差；粉砂質(zhì)泥巖則屬軟弱巖組，遇水即風(fēng)化破碎、膨脹或崩解，穩(wěn)定性極差。該煤層頂?shù)装鍘r組巖石質(zhì)量指標(biāo)大多為Ⅱ、Ⅲ類，頂板巖性RQD 值為55%～78%，底板巖性RQD 值為58%～86%。因此，根據(jù)該煤層頂?shù)装甯鞣N巖性組合以及巖石物理力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，該煤層頂?shù)装鍘r組穩(wěn)定性良—中等。

（3） 13 煤層。

位于龍?zhí)督M下部，上距11 煤層6.09 ～13.41 m，平均12.45 m；下距14 煤層6.83 ～15.43 m，平均9.92 m。煤層全層厚度0.56 ～2.16 m，平均1.21 m；采用煤層厚度0.56 ～1.88 m，平均1.08 m。夾石0 ～1 層，一般1 層夾矸，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，為較穩(wěn)定煤層。

該煤層頂板巖組主要由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成；底板巖組主要由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、、粉砂質(zhì)泥巖組成；在該煤層頂?shù)装甯鲙r性中泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、屬半堅硬巖組，未風(fēng)化之前穩(wěn)定性較好，但遇水后則易風(fēng)化破碎，穩(wěn)定性相對較差；粉砂質(zhì)泥巖則屬軟弱巖組，遇水即風(fēng)化破碎、膨脹或崩解，穩(wěn)定性極差。該煤層頂?shù)装鍘r組巖石質(zhì)量指標(biāo)大多為Ⅱ、Ⅲ類，頂板巖性RQD 值為57%～84%，底板巖性RQD 值為71%～96%。因此，根據(jù)該煤層頂?shù)装甯鞣N巖性組合以及巖石物理力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，該煤層頂?shù)装鍘r組穩(wěn)定性良—中等。

（4） 14 煤層。

位于龍?zhí)督M下部，上距13 煤層6.83 ～15.43 m，平均9.92 m；下距15 煤層3.65 ～5.37 m，平均4.43。煤層全層厚度0.42 ～1.20 m，平均0.79 m；采用煤層厚度0.42 ～1.02 m，平均0.76 m。夾石0 ～1 層，一般1 層夾矸，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，大部可采，為較穩(wěn)定煤層。

該煤層頂板巖組主要由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成；在該煤層頂?shù)装甯鲙r性中，泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖組成，在該煤層頂?shù)装甯鲙r性中泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖屬半堅硬巖組，未風(fēng)化之前穩(wěn)定性較好，但遇水后則易風(fēng)化破碎，穩(wěn)定性相對較差；粉砂質(zhì)泥巖則屬軟弱巖組，遇水即風(fēng)化破碎、膨脹或崩解，穩(wěn)定性極差。該煤層頂?shù)装鍘r組巖石質(zhì)量指標(biāo)大多為Ⅱ、Ⅲ類,少數(shù)為Ⅳ類，頂板巖性RQD 值為32%～96%，底板巖性RQD 值為37%～96%。因此，根據(jù)該煤層頂?shù)装甯鞣N巖性組合以及巖石物理力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，該煤層頂?shù)装鍘r組穩(wěn)定性中等—差。

（5） 15 煤層。

位于龍?zhí)督M下部，上距14 煤層3.65 ～5.37m，平均4.43 m；下距茅口組（P2m） 灰?guī)r2.48 ～21.87 m，平均9.31。煤層全層厚度0.33 ～1.94 m，平均0.90 m；采用煤層厚度0.33 ～1.76 m，平均0.80 m。夾石0～1 層，一般1 層夾矸，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，屬較穩(wěn)定煤層。

該煤層頂板巖組主要由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成；底板巖組主要由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、鋁土質(zhì)泥巖組成；在該煤層頂?shù)装甯鲙r性中泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、屬半堅硬巖組，穩(wěn)定性相對較差；鋁土質(zhì)泥巖則屬軟弱巖組，遇水即風(fēng)化破碎、膨脹或崩解，穩(wěn)定性極差。根據(jù)本次工作4 鉆孔工程地質(zhì)編錄資料，該煤層頂?shù)装鍘r組巖石質(zhì)量指標(biāo)大多為Ⅱ、Ⅲ類,少數(shù)為Ⅳ類，頂板巖性RQD 值為32%～96%，底板巖性RQD 值為37%～96%。因此，根據(jù)該煤層頂?shù)装甯鞣N巖性組合以及巖石物理力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，該煤層頂?shù)装鍘r組穩(wěn)定性中等—差。

綜上所述，9 號煤為全區(qū)可采，其余煤層均為大部可采可采煤層，因而可明顯對比出9 號煤層；而礦區(qū)內(nèi)9、11、13 煤層頂?shù)装鍘r組穩(wěn)定性良—中等，14、15 煤層頂?shù)装鍘r組穩(wěn)定性中等—差，因此能明顯對比13、14 煤層。

5 結(jié)語

通過以上綜合研究可知，方興煤礦礦區(qū)位于大頂坡背斜北西翼中段，總體為一單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，共發(fā)育3 條斷層，斷層性質(zhì)查明或基本查明，次一級褶曲不發(fā)育。井田內(nèi)斷層均對煤層開采有影響，究其原因是其中小斷裂使煤層產(chǎn)狀發(fā)生變化，破壞煤層結(jié)構(gòu)，并導(dǎo)致煤層空間不連續(xù)，致使煤層增厚變薄現(xiàn)象發(fā)生。礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度中等。區(qū)內(nèi)可采煤層共5 層分別為9、11、13、14、15，其中9 號煤層為全區(qū)可采煤層，也是全區(qū)的基準(zhǔn)煤層，一般無夾矸，煤層結(jié)構(gòu)簡單，余下4層煤均為大部可采煤層。從整個礦區(qū)來看可采煤層厚度有一定變化，為薄—中厚層，結(jié)構(gòu)簡單至較復(fù)雜。各煤層的變化受沉積環(huán)境的控制較為明顯，賦煤位置及厚度雖然有所變化，但整體而言煤系頂?shù)撞炕規(guī)r、鋁土質(zhì)泥巖特征明顯、分布穩(wěn)定，對礦區(qū)煤層對比有較好的促進(jìn)作用。結(jié)合標(biāo)志層、煤層自身特征及測井曲線，該礦區(qū)煤層對比清楚，煤層對比可靠。