山西省沁水煤田固縣井田主要可采煤層及煤質(zhì)特征分析

張 瑞 勝

(山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西 長(zhǎng)治 046011)

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山西省沁水煤田固縣井田主要可采煤層及煤質(zhì)特征分析

張 瑞 勝

(山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西 長(zhǎng)治 046011)

以大量鉆孔成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)鉆探取芯、數(shù)字測(cè)井等手段對(duì)井田范圍內(nèi)主要可采的3號(hào)、15號(hào)煤層在橫向平面上的厚度變化規(guī)律進(jìn)行了分析研究，并利用煤質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)及測(cè)井曲線相對(duì)比的方式對(duì)15號(hào)煤層在垂向上的煤質(zhì)特征變化規(guī)律進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：3號(hào)煤層全區(qū)穩(wěn)定可采，為低灰、特低硫、高發(fā)熱量之無(wú)煙煤，15號(hào)煤層全區(qū)穩(wěn)定可采，為低灰、高硫、高發(fā)熱量之無(wú)煙煤。

煤田，井田，可采煤層，煤質(zhì)特征

1 井田概況

固縣井田位于山西省南部沁水縣境內(nèi)的固縣鄉(xiāng)一帶，行政隸屬分別歸柿莊鎮(zhèn)、固縣鄉(xiāng)、端氏鎮(zhèn)、胡底鄉(xiāng)所轄。井田總體形態(tài)近一正方形，面積約120 km2。

山西省地處華北古板塊內(nèi)部，屬于典型的板內(nèi)構(gòu)造。華北斷塊區(qū)呂梁—太行斷塊沁水坳陷東與太行山隆起相接，西以霍山隆起為界，其北為五臺(tái)山隆起帶，南與中條山隆起帶毗鄰。晉城礦區(qū)位于沁水坳陷東部次級(jí)構(gòu)造單元沁水復(fù)式向斜南段，主體在晉(城)—獲(鹿)斷裂帶的西側(cè)。固縣井田位于晉城礦區(qū)的中部(見(jiàn)圖1)。

2 地質(zhì)工作

1991年—2015年，井田內(nèi)先后進(jìn)行了煤炭普查、詳查、勘探地質(zhì)工作，井田內(nèi)及邊界外圍總計(jì)施工探煤鉆孔96個(gè)，累計(jì)鉆探進(jìn)尺79 000余米，測(cè)井實(shí)測(cè)米78 500余米。按照MT/T 1042—2007煤炭地質(zhì)勘查鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，鉆探全孔質(zhì)量評(píng)級(jí)甲級(jí)孔63個(gè)，乙級(jí)孔26個(gè)，丙級(jí)孔7個(gè)；測(cè)井全孔質(zhì)量評(píng)級(jí)甲級(jí)孔95個(gè)，乙級(jí)孔1個(gè)；全孔綜合評(píng)級(jí)甲級(jí)孔60個(gè)，乙級(jí)孔29個(gè)，丙級(jí)孔7個(gè)，甲級(jí)孔率63%，甲、乙級(jí)孔率達(dá)93%。

在煤層質(zhì)量方面：勘查施工的96個(gè)鉆孔共見(jiàn)可采煤層220層，其中鉆探優(yōu)質(zhì)層165層,合格層50層，不合格層5層；測(cè)井優(yōu)質(zhì)層220層。綜合評(píng)級(jí)優(yōu)質(zhì)層165層，合格層50層，不合格層5層。其中，3號(hào)煤層優(yōu)質(zhì)層61層，合格層13層；15號(hào)煤層優(yōu)質(zhì)層72層，合格層20層；15下煤層優(yōu)質(zhì)層6層，合格層3層。

綜上所述，井田內(nèi)及周邊鉆孔及煤層質(zhì)量可靠。

3 含煤地層

本井田含煤地層主要為石炭～二疊系含煤地層，煤層主要分布于二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組，含煤地層總厚平均145.79 m。共含煤層10層～19層，一般15層，煤層總厚平均為11.96 m，含煤系數(shù)為8.20%；其中含全區(qū)可采煤層2層(3號(hào)，15號(hào))，可采煤層總厚平均為9.37 m,可采含煤系數(shù)6.43%。

3.1 山西組(P1s)

地層總厚度41.52 m～65.85 m，平均51.06 m。一般含煤3層，自上而下編號(hào)為1號(hào),2號(hào),3號(hào)，煤層平均總厚6.58 m，含煤系數(shù)12.89%，可采含煤系數(shù)12.34%。其中3號(hào)煤層位于本組下部，厚度大且穩(wěn)定，全區(qū)可采；1號(hào),2號(hào)煤層分別位于本組的中部和頂部，均不可采。

3.2 太原組(C3t)

地層總厚度78.62 m～116.80 m，平均94.74 m。含煤11層，自上而下編號(hào)的有5號(hào),7號(hào),8-1號(hào),8-2上號(hào),8-2號(hào),9號(hào),11號(hào),12號(hào),13號(hào),15號(hào),16號(hào)，煤層總厚平均5.21 m，含煤系數(shù)為5.50%，可采含煤系數(shù)3.56%。其中位于本組一段頂部的15號(hào)煤層，煤層穩(wěn)定，全區(qū)可采；15號(hào)煤層的分叉煤層15下及16號(hào)煤層分別在井田的中部及中東部零星可采，其余煤層均不可采。

4 可采煤層特征

4.1 3號(hào)煤層

位于山西組的下部，上距K8砂巖平均40.01 m；下距K7砂巖平均8.91 m。下距15號(hào)煤層平均89.80 m。煤層厚平均6.30 m，一般含1層距底板1.24 m左右較穩(wěn)定的平均0.28 m厚的泥巖夾矸。純煤厚平均6.02 m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其煤厚變異系數(shù)Cr=11,為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。煤層總體為自西北至東南相對(duì)較厚，西南、東北及東部邊界處相對(duì)較薄。

煤層頂板為砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖。

該煤層屬穩(wěn)定型，為本井田主要可采煤層之一。控制及研究程度均較高。

4.2 15號(hào)煤層

位于太原組下段的頂部，上距可采3號(hào)煤層平均89.80 m。K2石灰?guī)r為其直接頂板。煤層厚平均3.03 m，局部含1層～2層泥巖夾矸，夾矸厚平均0.25 m。純煤厚平均2.78 m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。煤層總體為東北部和西南部厚，東南部較薄，分部呈北西、南東向條帶，該帶煤層變薄，分叉出15下煤層。15下煤層上距15號(hào)煤層平均1.80 m，煤層厚平均0.74 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，11個(gè)鉆孔見(jiàn)可采點(diǎn)，可采系數(shù)約50%，屬零星可采煤層。

15號(hào)煤層頂板為石灰?guī)r，局部含泥巖偽頂；底板為鋁質(zhì)泥巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖。

該煤層屬穩(wěn)定型，是本區(qū)內(nèi)主要可采煤層之一。控制及研究程度均較高。

5 煤質(zhì)特征

5.1 3號(hào)煤層

原煤水分(Mad)平均為1.84%，浮煤水分(Mad)平均為1.05%。原煤灰分(Ad)平均為16.12%，為低灰煤；總體以低灰煤為主，中灰及中高灰煤在井田內(nèi)零星分布。原煤揮發(fā)分(Vdaf)平均為8.63%，浮煤揮發(fā)分(Vdaf)平均為6.86%，為特低揮發(fā)分煤。原煤硫分(St,d)平均為0.40%，為特低硫煤，以特低硫煤為主，低硫及中硫煤在井田內(nèi)零星；浮煤硫分(St,d)平均為0.38%。原煤干基高位發(fā)熱量(Qgr,d)平均為29.320 MJ/kg，屬高發(fā)熱量煤；浮煤干基高位發(fā)熱量(Qgr,d)平均為32.419 MJ/kg。

3號(hào)煤層為低灰、特低硫、高發(fā)熱量之無(wú)煙煤。可作為動(dòng)力用煤、氣化用煤、合成氨用煤和民用煤；經(jīng)浮選后平均灰分降為7.49%，全硫含量平均為0.38%，也可作為高爐噴吹用煤；用途廣泛。

5.2 15號(hào)煤層

5.2.1 總體特征

原煤水分(Mad)平均為1.84%，浮煤水分(Mad)平均為0.98%。原煤灰分(Ad)平均為19.89%，為低灰煤；以低灰煤為主，中灰煤分布在井田中、西部附近，中高灰煤分布在井田中西部零星分布；浮煤灰分(Ad)平均為5.87%。原煤揮發(fā)分(Vdaf)平均為9.14%；浮煤揮發(fā)分(Vdaf)平均為6.20%，為特低揮發(fā)分之無(wú)煙煤。原煤硫分(St,d)平均為3.65%，為高硫煤。以高硫煤為主，中硫煤、中高硫煤在井田內(nèi)零散分布；浮煤硫分(St,d)平均為2.79%。根據(jù)各種硫測(cè)試結(jié)果，15號(hào)煤層以硫化物硫?yàn)橹鳎浯螢橛袡C(jī)硫。洗選后煤中硫分含量大幅度降低。原煤干基高位發(fā)熱量(Qgr,d)平均為27.259 MJ/kg，屬高發(fā)熱量煤；浮煤干基高位發(fā)熱量(Qgr,d)平均為32.447 MJ/kg。

15號(hào)煤層為低灰、高硫、高發(fā)熱量之無(wú)煙煤。經(jīng)洗選后可作為動(dòng)力用煤、民用煤。

5.2.2 垂向變化分析

井田內(nèi)15號(hào)煤層因平均厚度為3.03 m，其中只有22個(gè)鉆孔進(jìn)行了上下分層采送樣化驗(yàn)，因此，本次對(duì)這22個(gè)鉆孔上下分煤層煤質(zhì)化驗(yàn)成果進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目主要有：原浮煤灰分、原浮煤硫分、原浮煤低位發(fā)熱量、原浮煤固定碳、夾矸及底板硫分等(見(jiàn)表1)。

表1 15號(hào)煤層煤質(zhì)特征分層統(tǒng)計(jì)表

上分層：原煤灰分(Ad)為10.64%～35.26%，平均為19.01%；浮煤灰分(Ad)為4.16%～8.94%，平均為5.90%。原煤硫分(St,d)為2.48%～7.12%，平均為3.94%；浮煤硫分(St,d)為1.96%～4.39%，平均為3.21%。原煤干基低位發(fā)熱量(Qnet,d)為21.16 MJ/kg～31.21 MJ/kg，平均為27.26 MJ/kg；浮煤干基低位發(fā)熱量(Qnet,d)為31.44 MJ/kg～33.36 MJ/kg，平均為32.43 MJ/kg。原煤固定碳(FCd)含量為54.46%～83.20%,平均為73.03%；浮煤固定碳(FCd)含量為84.70%～90.20%，平均為88.53%。夾矸全硫(St,d)含量為0.65%～7.61%，平均為3.40%。

下分層：原煤灰分(Ad)為11.11%～38.69%，平均為21.68%；浮煤灰分(Ad)為4.01%～10.50%，平均為6.86%。原煤硫分(St,d)為1.72%～9.76%，平均為4.07%；浮煤硫分(St,d)為1.87%～4.69%，平均為3.32%。原煤干基低位發(fā)熱量(Qnet,d)為19.64 MJ/kg～30.12 MJ/kg，平均為26.44 MJ/kg；浮煤干基低位發(fā)熱量(Qnet,d)為30.73 MJ/kg～32.57 MJ/kg，平均為31.79 MJ/kg。原煤固定碳(FCd)含量為50.75%～82.80%,平均為71.68%；浮煤固定碳(FCd)含量為81.84%～90.29%，平均為87.44%。夾矸全硫(St,d)含量為1.05%～12.16%，平均為3.87%。

底板全硫(St,d)含量為0.22%～12.70%，平均為4.24%。

由以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，15號(hào)煤層在縱向上自上而下灰分及硫分逐漸增大，低位發(fā)熱量及固定碳含量逐漸減小；15號(hào)煤層夾矸到底板全硫含量自上而下逐漸增大。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以井田內(nèi)所施工鉆孔的鉆探取芯、數(shù)字測(cè)井及煤質(zhì)化驗(yàn)等數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)，研究分析了主要可采的3號(hào),15號(hào)煤層在橫向平面上的可采性及煤層厚度變化的規(guī)律性；利用煤質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)及測(cè)井曲線對(duì)比成果研究分析了15號(hào)煤層在垂向上煤質(zhì)特征的變化規(guī)律。通過(guò)研究分析得出以下結(jié)論：

1)山西組的3號(hào)煤層為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，為低灰、特低硫、高發(fā)熱量之無(wú)煙煤；可作為動(dòng)力用煤、氣化用煤、合成氨用煤和民用煤，經(jīng)浮選后可作為高爐噴吹用煤；用途廣泛，潛在開發(fā)價(jià)值巨大。

2)太原組的15號(hào)煤層為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，為低灰、高硫、高發(fā)熱量之無(wú)煙煤；經(jīng)洗選后煤中硫分含量大幅度降低，可作為動(dòng)力用煤、民用煤。

3)15號(hào)煤層在縱向上自上而下灰分及硫分逐漸增大，發(fā)熱量及固定碳含量逐漸減小；15號(hào)煤層夾矸到底板全硫含量自上而下逐漸增大。

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Analysis on coal seam and coal quality of the main recoverable coal seam in Guxian mine of Qinshui coal field in Shanxi

Zhang Ruisheng

(ShanxiCoalGeologicalProspectingInstitute114，Changzhi046011,China)

On the basis of a lot of achievements in research and drilling data, by coring drilling, by means of three digital logging, the thickness of 15 # coal seam in horizontal plane change regularity was analyzed, and use of coal quality analysis data and well logging curve comparison results of 15 # coal seam in vertical variety patterns of coal quality characteristics are analyzed. The result shows: 3 # coal seam in the stable recoverable, as low ash, low sulfur, high calorific value of anthracite coal, 15 # coal seam in the stable recoverable, low ash, high sulfur, high calorific value of anthracite coal.

coal field, mining field, recoverable coal seam, coal quality features

1009-6825(2017)15-0058-03

2017-03-09

張瑞勝(1982- )，男，工程師

P624

A