新疆哈爾交煤礦東部煤層地質綜合特征分析

柳順彬

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第九地質大隊）

煤炭是我國的重要能源，在國民的經濟發展中占有重要地位。為合理開發煤炭資源，首先要對煤炭地質特征有比較清晰的了解［1-6］。新疆哈爾交煤礦含煤段與一般的沉積巖侏羅系聚煤盆地不同，這是由一套火山噴發和沉積相間的巖系組成，含煤地層是一套陸相的中酸性火山巖夾正常碎屑巖沉積。因此，積極開展“三邊”工作，結合勘查區的具體特征，完成各項勘探工作任務，對于了解該類煤層特征具有重要意義。

1 工程概況

1.1 位置與交通

勘查區位于新疆吉木乃縣東南60 km處。中心地理坐標：東經86°32′41″，北緯47°12′44″（北京54）。勘查區東西長約13 km，南北寬約5.70 km，勘查區面積為55.61 km2。區內除南部、西部有少量低山難以通行外，其它大部分區域略加修整即可通行。勘查區交通總體上較便利。

1.2 自然地理與經濟狀況

勘查區屬北溫帶大陸性寒冷氣候。據吉木乃縣氣象局1982—2011年近30 a的氣象資料，地面平均溫度為6.7℃（表1），年總降水量最小為130.8 mm，最大為345.2 mm，年平均降雨量為223 mm，年均小型蒸發觀測值蒸發量為2 066.2 mm。夏季有陣雨和暴雨，冬季降雪不大，年最小積雪厚度為11 cm，年最大積雪厚度為75 cm。年最小凍土深度為88 cm，年最大凍土深度為195 cm。區內春秋多風，冬季風較少，但寒潮來襲時，常刮大風，當地稱諾海風，風向自西北向東南，時有風災發生。

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1.3 生產井及老窯

勘查區內無生產礦井和老窯，僅在勘查區西南側有一個生產礦井（哈爾交煤礦井），現正在進行關井。該礦井2007年由新疆蘭馬技術開發公司編制開發利用方案，開拓方式為混合提升斜井單水平開拓，煤礦設計主采煤層為Ⅲ9號（現編號5號煤層），設計開采標高為1 250～1 110 m。煤礦劃分為一個水平上下開采，礦井設置2個雙翼采區進行井下開采。截至2006年，1 170 m以上已采空，當時采用房柱式開采方法，損失率高達50%。2008年后采用混合提升斜井單水平開采，新開拓區為1 148～1 170 m水平的煤層，2009年開采1 135～1 170 m的煤層，2010年開采1 115～1 145 m水平以上煤層。2012年對礦區Ⅲ9號煤層（現編號5號煤層）東采區主斜井1 130～1 150 m采場進行開采，礦區范圍內動用了Ⅲ9號煤層資源量1.952 4萬t，采出煤炭資源為1.4萬t，損失量為0.552 4萬t，損失率為28.21%，回采率為71.79%。

2 煤層特征

2.1 含煤性

勘查區內卡拉崗組第三巖性段——含煤段（P1kl3）地層中，鉆探工程共揭露不同層位大于0.30 m的煤層（煤線）9層，單層厚為0.31～12.38 m，全層平均總厚為14.26 m，純煤平均總厚為12.93 m。3號煤層厚度內可采6點，但ZKH1001、ZKH1101、ZKH1203這3個孔干燥基低位發熱量分別為3.59、8.29、6.56 MJ/kg，低于12.5 MJ/kg的下限標準，煤質變化較大。同時，3號煤層可采面積僅有1.71 km2，且可采點孤立分散，綜合確定為不可采煤層，見圖1。

2.2 可采煤層

各煤層的控制情況、變化特征由上至下分述如下。5號煤層是勘查區最上部層位的可采煤層，是未來的主采煤層。區內共有17個控制該煤層層位的鉆孔，見煤點15個，可采點14個，點可采指數為93%，賦煤面積為13.92 km2，可采面積為13.00 km2，面積可采指數為93%。煤層全層厚為0.39～9.19 m，平均厚4.11 m，純煤厚0.39～7.62 m，平均厚3.47 m。

煤層厚度薄—特厚均有分布，有明顯的變化規律。總體呈現“馬鞍”形態，DF7斷層下盤H11線西側煤層主要為厚—特厚煤層，H11～H13線主要為薄—中厚煤層，H13～H16線西主要為厚—特厚煤層，H16線以東為薄煤層，淺部煤層變薄主要為薄—中厚煤層。斷層上盤ZKH1403、ZKH1302孔控制中厚—特厚煤層，僅ZKH1206孔煤層變薄至0.38 m，煤層總體呈現中部薄、兩側厚的特征（圖2）。5號煤層煤類以無煙煤、貧煤為主，僅個別點分布弱黏煤、不黏煤。該煤層最低控制水平為244.423 m，最大控制垂深為891.16 m（ZKH1206）。

區內共有17個控制5-1號煤層層位的鉆孔，見煤點11個，可采點10個，點可采指數為91%，賦煤面積為13.92 km2，可采面積為10.32 km2，面積可采指數為74%。煤層全層厚為0.46～5.73 m，平均厚1.94 m，純煤厚0.46～4.76 m，平均厚1.73 m。煤層厚度有變化，薄—特厚煤層均有分布，有明顯的變化規律。勘查區內第三層可采煤層在5、5-1號煤層的下部，與5、5-1號煤層的層間距為21.00～146.29 m，平均為71.57m。

區內共有17個控制3號煤層層位的鉆孔，見煤點8個，可采點8個，點可采指數為100%，賦煤面積為13.92 km2，可采面積為5.23 km2，面積可采指數為38%。煤層全層厚0.77～12.38 m，平均厚3.69 m，純煤厚0.77～10.90 m，平均厚3.28 m。煤層厚度變化較大，薄—特厚煤層均有分布。H12線西側構成中厚—厚煤層賦存區，東北部僅ZKH1302孔特厚煤層，總體呈中部薄、兩側厚的變化趨勢（圖3）。

2.3 煤層對比

本區煤層對比采用以煤、巖層的垂向對比為基礎。結合測井曲線特征，以二維地震煤層反射波追蹤的綜合對比方法展開。在剖面對比的基礎上，將全區18個已知鉆孔柱狀圖按所處勘探線上的位置，以首尾相結的方式，由淺至深，再有深至淺（手風琴式）展開排列，制作成煤、巖層對比圖。然后對夾于上述2套火山巖之間的含煤段內的煤層確定標志性煤層和煤層組合，再根據各煤層自身特征，逐一對比。

勘查區內的所有鉆孔均進行了地球物理測井，對于煤層的解釋基本上達到了2種參數，通過各個鉆孔曲線上的解釋綜合確定煤層的厚度。根據煤層的物性組合特征和各物性曲線垂向上的組合特征，逐一對比。根據勘查區煤層之間的頂底板巖性、物性特征及煤層間距等相關特性，本次煤層對比適合按照煤組進行對比敘述。

5號煤層與其下部的5-1號煤層的間距在0.21～27.24 m，間距較小。5-1號煤層與下部的4號煤層間距為21.00～146.29 m，呈南部（淺部）小、北部（深部）增大的規律性變化。5號煤層厚度變化大，一般淺部較薄，中深部增厚。5號煤層是以中厚—特厚為主體的煤層，測井物性各參數曲線異常均很明顯。5-1號煤層厚度一般存在淺部較薄、深部增厚、西部較薄，東部增厚的趨勢。區內有11個控煤點，10個可采點，其中1個點為厚煤層，4個點為中厚煤層，4個點為薄煤層，1個點為不可采。該煤層是以薄—中厚為主體的煤層。本區煤層構造的主要反射波見圖4，T5波為5號煤層及5-1號煤層與其圍巖形成的反射波，5號煤層與5-1號煤層間距較小，為0.21～27.24 m，因此T5波為5號煤層與5-1號煤層形成的復合波。

5號煤層為全區分布的煤層，各參數曲線形態異常明顯，結合地質資料，將它作為全區測井曲線煤層對比的基準層。從測井曲線對比圖（圖5）中可以看出，5號煤層密度曲線因煤層內含高灰分段呈鋸齒形態。在5號煤層和5-1號煤層之間有一特征巖層，其電阻率曲線有一個負值的尖峰狀突起，曲線形態猶如一根“長刺”。

3 煤儲層物性特征

3.1 煤的吸附性

本次煤層氣勘查工作包括對ZKH1205、ZKH1104、ZKH1103這3個孔進行了煤層氣含氣量測試和樣品的采集。其中，ZKH1205、ZKH1103孔中所采集的5號、5-1號煤層還進行了孔隙率、堅固性系數、等溫吸附、瓦斯放散初速度等指標進行了測試，并對ZKH1103孔參數井進行了氣測錄井和試井工作。基于以上探井及參數井的成果資料，對勘查區內煤儲層物性特征進行評價。如表2所示，通過吸附等溫線可以準確了解煤層的吸附能力與壓力的對應關系，與煤儲層壓力參數結合可以確定煤層的含氣飽和程度、煤層氣的臨界解吸壓力、實際可采資源量。煤層吸附等溫線反映了在給定溫度下氣體吸附量隨壓力的變化特征。

計算可得，ZKH1103孔5號煤層理論含氣量為16.324 m3/t，實測含氣量為0.130 m3/t。ZKH1205孔5號煤層理論含氣量為9.726 m3/t，實測含氣量為0.190 m3/t；5-1號煤層理論含氣量為17.857 m3/t，實測含氣量為1.490 m3/t，見圖6和圖7。

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3.2 煤層含氣性

從測試結果看（表3），5號煤層氣總含氣量為0.13～0.19 m3/t，平均為0.15 m3/t。5-1號煤層氣總含氣量為0.13～1.49 m3/t，平均為0.81 m3/t。其中，總含氣量最高為1.49 m3/t，即ZKH1205孔5-1號煤層含氣量也遠遠低于無煙煤含氣量8 m3/t下限標準。因此，3個孔煤層均未達到規定的含氣量指標。

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根據以上鉆孔煤層含氣量統計成果可知，各煤層以現場解吸氣量為主，其次為殘余氣，損失氣最少，說明煤層中烴類氣體以吸附氣為主，其次為少量游離氣。

3.3 煤儲層的孔隙結構特征

由測試結果可知：5號煤層的孔隙率為2.93%～3.65%；5-1煤層的孔隙率為3.45%～3.80%（表4），按照煤層最小孔隙率為2%～4%，井田內各煤層的孔隙率均大于煤層最小孔隙率最小值。孔徑體積占比中，以0.10μm＞過渡孔位＞0.006μm為主，占比36.10%～45.15%，微孔（微孔＜0.06μm）和大孔（大孔＞10μm）次之，兩者含量相當，0.10μm＜終孔＜10μm最少。

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4 結論

新疆吉木乃縣哈爾交煤礦東部詳查是自治區地質勘查基金項目，通過詳查取得了以下地質成果。采用鉆探工程控制，勘查區共揭露不同層位大于0.30 m的煤層（煤線）9層，其中編號煤層4層，自下而上分別為3、4、5-1、5號，單層厚為0.31～12.38 m，全層平均總厚為14.26 m，純煤平均總厚為12.93 m。基本查明了區內煤類以無煙煤為主，貧煤次之，可作為民用煤和合成氨的原料。經洗選還可作高爐噴吹和燒鐵礦石的燃料及開啟式電爐的原料。詳查工作取得的地質成果可為礦區總體發展規劃提供地質依據。