漳河井田地質條件及煤層特征分析

陳黎明

（山西省煤炭地質114勘查院，山西長治046011）

漳河井田地質條件及煤層特征分析

陳黎明*

（山西省煤炭地質114勘查院，山西長治046011）

根據漳河井田以往的地質成果資料，結合野外地質填圖及鉆孔揭露的地質現象，對漳河井田地層、構造、水文地質條件、工程地質條件及煤層特征等進行了較深入的分析，歸納出地質及煤層特征，并對地質構造復雜程度、水文地質類型、工程地質勘查類型進行了分類，以期對今后煤礦的生產開采起到一定的指導意義。

礦井地質；煤層；特征分析

漳河井田位于沁水煤田中東部，山西省襄垣縣西北夏店鎮、善福鄉、王村鎮一帶，中心部位距襄垣縣城約20km。井田地處太行山西麓，山西高原東南緣，地貌屬構造剝蝕低山丘陵區；總體地勢西高東低，相對高差230m。井田呈不規則多邊形，南北長約8km，東西寬約4km，總面積29.82km2。

井田東部與襄垣縣七一煤礦、花寶溝煤礦、三荊溝煤礦、襄垣煤礦相鄰，南部與夏店煤礦相鄰，西南部與石泉煤業相鄰。由于煤層埋藏較深，井田內目前沒有生產礦井。

1　地質特征

1.1地層

本井田位于沁水煤田東部邊緣，井田內大部分地層被第四系中、上更新統松散層所覆蓋，僅在溝谷中有少量基巖零星出露。根據鉆孔揭露，井田內發育地層由老至新依次為：古生界奧陶系中統上馬家溝組（O2s）及峰峰組（O2f）、石炭系中統本溪組（C2b）、石炭系上統太原組（C3t）、二疊系下統山西組（P1s）、下石盒子組（P1x），二疊系上統上石盒子組（P2s）、石千峰組（P2sh），中生界三疊系劉家溝組（T1l）及新生界第四系（Q2+3）。

1.2地質構造

本井田位于沁水盆地東翼中段，晉—獲褶斷帶和武鄉—陽城凹褶帶之間，受區域構造影響，井田內發育總體形態為走向北北東、傾向北西的單斜構造，在井田中東部發育有次級褶皺構造。井田內未見陷落柱和巖漿巖。

1.2.1褶皺

（1）前袁家溝向斜。該向斜北起南姚村東，向南經前袁家溝村東、路家溝西、路家坪東、燕溝、北馬喊向南延伸出井田；平面形態呈“S”型，總體展布軸向接近南北向，兩翼傾角5°～21°，東翼較陡，西翼較為平緩，為不對稱向斜構造。向斜核部地層為上石盒子組，全長13.5km，區內延伸5.5km。

（2）前袁家溝背斜。該背斜北起南姚村西，向南經前袁家溝村西、泉溝、新莊、溝北、冀家嶺東，向南延伸出井田；平面形態呈“S”型，軸向接近南北，兩翼傾角4°～15°，南段樞紐波狀起伏。該背斜軸部出露地層為上石盒子組，全長13.6km，區內延伸6km。

1.2.2斷層

（1）王家溝斷層（F1）。該斷層為逆斷層，位于井田西部，南起九龍村西，向北經前王家溝至圪塔頭村北止，全長7km；平面形態呈“S”型，北段走向南北，傾向西，南段走向北東30°，傾向北西，傾角45°～61°，斷距20～60m，第6、7勘探線附近可見有次生斷裂，斷距10～22m。地表在王家溝中多處可見上石盒子組地層斷裂接觸和斷層擦痕。巖礦鑒定表明，其間地層有2次明顯重復現象。

（2）F2斷層。該斷層為逆斷層，位于井田中東部，走向北東25°，傾向北西，傾角45°，斷距5～25m。

1.3水文地質條件

井田地處太行山西麓構造剝蝕低山丘陵區，區內無常年性地表水體，山間溝谷僅在雨季排泄洪水時形成溪流，持時較短。含水層根據巖性及藏水空間可劃分為5種類型。

1.3.1主要含水層特征

（1）中奧陶統石灰巖巖溶裂隙含水層：井田內廣泛分布。由于巖溶發育不均勻，地下水位變幅較大，富水性常因地而異。區域資料顯示，該含水層為承壓的強富水性含水層，水位標高為676m。據鉆孔抽水資料表明，水質類型為HCO3--Ca2+型。

（2）上石炭統太原組石灰巖巖溶裂隙含水層：井田內分布廣泛，主要由K2、K3、K4、K5、K6五層石灰巖組成，平均總厚度為13.97m。其含水性主要取決于裂隙巖溶的發育程度。據鉆孔抽水資料，單位涌水量q為0.00032L/（s·m），滲透系數K為0.0015m/d，水位標高747.09m，水質類型為HCO3--Na+型。該含水層屬承壓的弱含水層。

（3）下二疊統山西組、下石盒子組砂巖裂隙含水層：由K7砂巖及3號煤頂板砂巖等組成。其中K7砂巖為中—細粒砂巖，平均厚2.49m；3號煤頂板砂巖亦為中—細粒砂巖，平均厚22.44m。砂巖裂隙一般不發育，僅局部見有開口型裂隙。據鉆孔山西組抽水資料，單位涌水量q 為0.00047L/（s·m），滲透系數K為0.0019m/d，水位標高為892.85m，水質類型為HCO3-·SO42--Na+型。該含水層為承壓的弱富水性含水層。

（4）三疊系下統劉家溝組，二疊系上統上石盒子組、石千峰組碎屑裂隙含水層：該含水巖組在井田西部、中部及西南部均有出露，其中劉家溝組只在井田西部零星分布。地層厚度大于500m，主要含水巖性為中、細粒砂巖，地表出露及淺部含水層地下水多以潛水為主，直接接受大氣降水或經第四系松散含水層下滲補給，動態變化顯著。據鉆孔巖芯檢查，基巖越疏松，風化裂隙深度就越大，但一般不超過基巖面下50m；而堅硬巖類，風化裂隙深度不超過基巖面下40m。該含水層富水性中等。

（5）第四系松散孔隙含水層：井田范圍內分布廣泛，由砂質粘土、砂土、粉砂及砂礫組成，受大氣降水及河水補給，富水性中等。

1.3.2主要隔水層特征

（1）上石炭統太原組底部及中石炭統本溪組隔水層：主要由具塑性的泥巖、鋁質泥巖或粉砂質泥巖組成，一般厚度變化較大。區域范圍內阻隔其下伏含水層對上覆煤層開采的影響。

（2）二疊系砂巖含水層層間隔水層：主要由具塑性的泥巖、鋁質泥巖組成，單層厚度一般大于2m，呈層狀分布于各含水層之間，阻隔其上、下含水層間的水力聯系。

1.3.3地下水的補給、徑流及排泄條件

松散含水層主要直接接受大氣降水補給，松散含水層下的基巖風化帶含水層一般接受其上覆含水層的補給，在局部地段，不同時間內與松散含水層可互為補給。

上石盒子組（除風化帶外）及下石盒子組、山西組、太原組含水層接受大氣降水的補給條件較差，與上覆含水層及下伏含水層均有一定厚度的隔水層相隔，水力聯系微弱。地下水運動一般以層間徑流為主，僅在構造部位才與其它含水層直接發生水力聯系。

奧陶系中統石灰巖巖溶裂隙含水層在區內隱伏于煤系地層之下，在構造部位可通過導水通道接受其它含水層地下水的補給。區內該含水層一般埋藏較深，地下水徑流相對緩慢。根據區域資料，該含水層在水文地質單元中為徑流滯緩帶。

1.4工程地質特征

1.4.13號煤層頂底板

3號煤層直接頂板為黑色中砂巖及粉砂巖，厚6m左右，泥質膠結，含白云母及植物化石，層理發育。局部地段有砂質泥巖偽頂，厚0.3m左右，抗壓強度為15.9～40.8kg/cm2；基本頂為中粗粒石英砂巖，鈣質膠結，抗壓強度為43.7kg/cm2，堅硬致密，賦存穩定。

3號煤層偽底為砂質泥巖，厚1.85m，抗壓強度為16.5kg/cm2；直接底板為灰黑色砂質泥巖，厚12m左右，賦存穩定，局部含較厚細粒砂巖，巖相變化較大，抗壓強度為26.2kg/cm2，穩定性較差；基本底為細粒砂巖，厚2.25m，抗壓強度為54.6kg/cm2，穩定性較好。

1.4.215號煤層頂底板

15號煤層偽頂為砂質泥巖，厚1.65m，抗壓強度為28.9kg/cm2；直接頂板為深灰色黑色泥巖，厚7m左右，含黃鐵礦和菱鐵礦結核，局部相變為粉砂巖和細粒砂巖，抗壓強度為4.4kg/cm2；基本頂為K2灰巖，厚9m左右，巖石致密，夾燧石結核和團塊，富含動物化石，抗壓強度為36.7～58.6kg/cm2，堅硬致密，賦存穩定。

15號煤層直接底板為灰黑色砂質泥巖，厚9m左右，賦存穩定，局部含粉砂巖、細砂巖較高，抗壓強度為16.4kg/cm2，穩定性較差。

2　煤層特征

本井田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158.40～186.10m，平均為172.66m，共含煤18層。

2.1含煤性

太原組為一套海陸交互相含煤地層，地層厚度為101.50～129.60m，平均厚116.44m，含煤15層，分別為5、6、7、8-1、8-2、9上、9、11、12、13、14、15-1、15-2、15-3、16號，煤層總厚4.06～9.84m，平均總厚6.48m，含煤系數為5.6%；可采煤層總厚0～6.71m，平均為2.92m，含煤系數為2.5%。其中15-3號煤層為結構簡單、穩定可采煤層，15-1號煤層為局部可采煤層，15-2號煤層僅見個別可采點，其它煤層為不穩定或不可采煤層。

山西組為一套陸相含煤地層，地層厚度為48.80～69.20m，平均厚56.84m，含煤3層，分別為1、2、3號，煤層總厚4.39～7.68m，平均總厚6.08m，含煤系數為10.7%；可采煤層總厚4.39～7.23m，平均為5.74m，含煤系數為10.1%。其中3號煤層位于山西組中下部，厚度較大，含0～2層夾矸，結構簡單，是本井田主要可采煤層，其頂板為砂巖、砂質泥巖及泥巖；底板為細砂巖，有時為砂質泥巖、泥巖。其余煤層不穩定，為不可采煤層。

2.2可采煤層

井田內可采煤層為山西組3號煤層和太原組15-1、15-3號煤層，現根據本井田揭露的地質資料，結合相鄰礦井地質資料，將井田內可采的3、15-1、15-3號煤層分述如下：

3號煤層位于山西組中下部，下距可采煤層15-3號間距110m左右，屬全區穩定可采煤層。煤層厚2.47～6.34m，平均5.34m；純煤厚度2.22～6.15m，平均5.11m；含0～2層泥巖夾矸，夾矸厚0.05～0.40m，煤層結構簡單；在個別鉆孔中見3上煤層，厚1.84～2.48m，平均2.15m，為3號煤層的分叉煤層，分叉線位于井田西北部，分叉后上、下煤層均變薄。煤層頂板為砂質泥巖、泥巖，局部為砂巖，底板為砂質泥巖、粉砂巖或砂巖。

15-1號煤層位于太原組下段中上部，煤層厚0～1.42m，平均0.76m。煤層結構簡單，一般不含夾矸。在井田中東部可采，井田西南部不可采，頂、底板均為泥巖砂質泥巖，為較穩定的局部可采煤層。

15-3號煤層位于太原組下段中下部，煤層厚0.50～2.97m，平均1.59m，純煤厚度0～2.36m，平均1.40m；煤層結構簡單，含0～1層泥巖夾矸。煤層厚度穩定，全井田大部可采。煤層頂、底板均為泥巖。屬穩定型煤層。

3　結論

井田總體呈走向北北東、傾向北西的單斜構造，地層平緩，發育寬緩的褶曲構造2個，斷層2條，未發現陷落柱和巖漿巖存在，總體地質構造復雜程度屬簡單類型。

井田內除第四系松散孔隙含水層局部及二疊系上統石千峰組、上石盒子組碎屑裂隙含水層為中富水性，其余影響3、15號煤層開采的含水層均為弱富水性含水層。3號煤層底板標高高于奧灰水位標高，正常地段一般不會引起底板奧灰水突水，15號煤層奧灰底板突水系數在0.071～0.450MPa/m之間，大部分存在底板突水危險。因此，3號煤層水文地質勘查類型屬第二類第一型，即水文地質條件簡單的以碎屑巖裂隙含水層為主的礦床；15號煤層水文地質勘查類型屬第三類第二亞類第三型，即水文地質條件復雜的底板進水為主的碳酸鹽類巖溶充水礦床。

根據煤層頂底板的工程地質特征，3號、15號煤層工程地質勘查類型均劃分為第三類中等型，即層狀巖類，以碎屑巖、碳酸鹽巖為主的巖類。層狀結構，巖體各向異性，強度變化大。巖體穩定性主要取決于層間軟弱面、構造破碎及巖體風化程度。地層巖性較復雜，地質構造發育，巖體中等完整，局部地段易發生礦山工程地質問題。

井田內可采煤層為山西組3號煤層和太原組15-1、15-3號煤層。3號煤層為全區穩定可采煤層，15-1號煤層為較穩定的局部可采煤層，15-3號煤層為穩定大部可采煤層，其它煤層均為不穩定不可采或零星可采煤層。

［1］張江平，陳黎明.山西省沁水煤田襄垣縣漳河井田勘探地質報告［R］.山西省煤炭地質114勘查院,2012.

［2］申明劍,馬玲,底楷潮.郭溝煤礦勘探區水文地質條件研究［J］.價值工程,2013（14）：315-318.

［3］鄧建民.保利金莊煤礦礦井地質條件研究［J］.能源技術與管理,2013（4）：102-104.

［4］張劍鴻.蘆河煤業礦井區域地質分析［J］.科技傳播,2013（10）：131，96.

［5］吉俊閣,呂云.韓城礦區三和煤礦開采技術條件分析［J］.陜西煤炭,2008（6）：27-28，11.

［6］王健.莊底煤業有限公司礦井地質及煤層特征分析研究［J］.山西煤炭管理干部學院學報,2013（4）：58-59，62.

［7］尹小兵.鄯善縣紅湖煤礦礦井地質特征分析［J］.新經濟,2014 （Z1）：140-142.

［8］劉紅軍.長平礦井地質構造特征與瓦斯賦存規律分析［J］.煤炭工程,2005（4）：50-51.

［9］仲濤,安儉儉,張廣君.南屯煤礦礦井地質與水文地質條件的分類評價［J］.煤礦開采,2007（3）：25-26.

［10］崔篤峰.鐵生溝煤礦水文地質條件分析及水害防治［J］.中州煤炭,2012（4）：50-52.

［11］湯志平.淺談陸家地礦地質構造特征及其成因［J］.科技與企業,2012（21）：141.

［12］徐智彬.天府礦務局三匯三礦礦井地質類型探討［J］.礦業安全與環保,2001（4）：41-43.

P618.11

A

1004-5716（2016）01-0120-03

2014-12-19

陳黎明（1982-），男（漢族），湖南祁陽人，工程師，現從事煤田地質相關工作。