紅沙崗礦區北井田含煤地層及煤質特征研究

李曉君

(甘肅煤炭地質勘查院，甘肅 蘭州 730000)

紅沙崗礦區北井田位于潮水盆地北緣東段，整體呈北東-南西方向展布的背斜。井田內地層發育不全，由老到新為：下侏羅統芨芨溝群、中侏羅統青土井群、上侏羅統沙棗河組、新近系臨夏組和第四系。

1 含煤地層

井田內主要含煤地層為中侏羅統青土井群，根據其巖性、巖相和含煤性劃分為上、中、下3個巖組。

1.1 上巖組(J23qn)

為不含煤段，巖性以灰白色、灰綠色、灰黑色泥巖、泥質粉砂巖為主，夾泥質灰巖及粗粒砂巖。厚度84.15～202.16 m，平均164.80 m。屬濱湖-淺湖相沉積。

1.2 中巖組(J22qn)

為主要含煤段，頂部巖性為油頁巖，一般厚13 m，全區穩定的K3標志層，中部夾灰白、灰綠色、灰黑色的泥巖、粉砂巖、細砂巖、煤1組、煤2層和煤3層，底部以粗粒砂巖為主，次為中細粒砂巖。含豐富的動植物化石及孢粉。厚度38.84～78.02 m，平均55.47 m。屬河流相沉積。

1.3 下巖組(J21qn)

為主要含煤段，巖性由灰白、灰綠色、灰黑色的泥巖、粉砂巖、細砂巖-粗粒砂巖及煤4組-煤6層組成。頂部為灰色粉砂巖和泥巖，中部由砂巖、粉砂巖、泥巖夾煤4組-煤6層組成，底部為中粗粒的長石石英砂巖和巨厚的細-中礫巖為主。礫巖成分以石英巖為主，磨圓度好，形如鳥蛋，俗稱“鴿子蛋”礫巖，全區大部發育，厚度變化大，北部達200 m以上，至南部區內則變薄至2 m，為本區K5標志層，也是煤6層底部標志層。動植物化石、孢粉豐富。厚度172.32～200 m之間，平均186 m。屬河流相沉積。

2 煤 層

井田內共含6個煤層組，自上而下編號為煤1～煤6組。其中煤1-1層、煤4-2層和煤6層為大部可采煤層，煤1-2、煤1-3、煤2、煤3、煤4-2上、煤5層為局部可采煤層，煤4-1層為不可采煤層。煤層特征見表1。

井田內含煤性較好。以F12逆斷層為界，斷層兩盤含煤性差異較大。F12斷層上盤及以北含煤性較差，加107孔和紅104孔，含煤系數1%～2%；F12斷層下盤及以南井田大范圍含煤性普遍較好，煤層總厚5～30 m，含煤系數大于2%～11%。富煤中心位于井田西北部F12斷層以南，沿東西方向展布，加106孔、113孔、112孔、107孔內煤層總厚達30 m左右[1-3]。

3 煤 質

3.1 煤巖特征

井田內煤4-2層宏觀煤巖成分主要由暗煤和亮煤組成，含鏡煤和絲炭條帶，宏觀煤巖類型屬暗淡型-半暗型煤。其余各煤層宏觀煤巖成分主要由亮煤和鏡煤組成，其次為暗煤及絲炭條帶，宏觀煤巖類型為半亮型或半暗型煤。

井田內各可采煤層顯微煤巖組分鏡質組含量最多、惰質組次之、殼質組最少，無機顯微組分含量在8.92%～12.16%之間。煤的鏡質體反射率(Rmax)在0.540%～0.582%，屬中煤級煤Ⅰ，見表2。

本區煤層顯微煤巖組分的這種差異，反映了原始成煤環境的變化。成煤初期，泥炭沼澤覆水較淺，煤中的絲炭成分含量較高；隨著泥炭沼澤覆水加深，氧化作用逐漸減弱，而還原作用相對增強，煤中的有機組分鏡質組含量增加，礦物中硫化物增加[4-6]。

表2 井田內可采煤層顯微煤巖組分統計

3.2 煤質特征

表3為各可采煤層主要煤質指標匯總。由表3可知，井田內各可采煤層灰分為19.75%～27.40%，平均22.83%，屬中灰煤。低灰煤與中灰煤所占比例分別為42.11%和46.78%，中高灰煤所占比例較小，為11.11%(圖1)。

井田內各可采煤層的揮發分為44.90%～47.17%，平均46.06%，屬高揮發分煤，中高揮發分煤占1.80%，其余全為高揮發分煤(圖1)。

表3 井田內可采煤層煤質特征統計

圖1 井田內煤質特征分布

井田內各可采煤層的全硫分為1.18%～4.85%，平均3.00%，總體屬中高硫煤，但高硫煤占較大比例，約為48.57%，中硫煤和中高硫煤次之，分別為24.00%和18.86%，低硫煤最少，為8.57%(圖1)。

井田內各可采煤層原煤中的發熱量為22.66～24.85 MJ/kg，平均為24.05 MJ/kg，總體屬中發熱量煤，但中高發熱量煤占較大比例，約為61.68%，中發熱量煤次之，為23.36%，低發熱量煤、中低發熱量煤和高發熱量煤占比少，分別為3.74%、6.54%和4.67%(圖1)。

3.3 煤質變化規律研究

由表3可知，可采煤層的灰分變化不明顯。且隨著灰分的增加，發熱量在降低。這與圖2所反映的一致。隨著全硫的增加，發熱量變化不明顯，這與圖3所反映的一致。

原煤全硫含量縱向變化較大，自下而上硫分變化為中硫-中高硫-高硫煤(圖4)。這種規律性變化與成煤過程中泥炭沼澤覆水逐漸加大，還原作用相對增強，由泥炭沼澤相過渡為深水湖泊相沉積密切相關[7-8]。

圖2 井田內灰分與發熱量關系

圖3 井田內硫分與發熱量關系

圖4 原煤全硫縱向變化

4 結 語

1) 中侏羅統青土井群可分為3個巖組，可采煤層主要分布在中、下巖組。中巖組發育煤1組、煤2層和煤3層；下巖組發育煤4組、煤6層。

2) 可采煤層煤質特征為低-中灰、中-高硫、高揮發分、中-中高發熱量長焰煤，可作動力用煤和民用煤。

3) 縱向上原煤灰分和硫分自下而上逐漸增大，硫分級別變化明顯(中硫-中高硫-高硫煤)；平面上變化不明顯。