安徽蕭縣河頭煤田地質(zhì)特征分析

劉清風(fēng)

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局325 地質(zhì)隊(duì)，安徽 淮北 235000）

1 概況

蕭縣河頭煤田礦位于蕭縣縣城南3 km，屬蕭縣丁里鎮(zhèn)所轄，面積5.33 km2。蕭縣河頭煤田礦位于閘河復(fù)式向斜中段東翼，閘河煤田北部，礦層賦存于下二疊統(tǒng)山西組和下石盒子組中，區(qū)內(nèi)輝綠巖、花崗斑巖分布廣泛，主要對G 煤層破壞影響較大。估算了煤炭的資源量，此次共估算資源/儲量36.3 萬t，另有預(yù)測的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量80.0 萬t，天然焦363.6 萬t。

2 礦區(qū)地質(zhì)

蕭縣河頭煤田隸屬華北地層大區(qū)—晉冀魯豫地層區(qū)—徐淮地層分區(qū)—淮北地層小區(qū)，為標(biāo)準(zhǔn)的北相地層。區(qū)內(nèi)出露地層主要有新元古界青白口系—下古生界奧陶系，以海相碳酸鹽建造為主；石炭系—二疊系，為濱海—海陸交互相含煤碎屑巖和紅色碎屑巖建造，出露極少。三疊系、侏羅系、白堊系、古近系為陸相紅色碎屑巖建造，均被第四系松散層掩蓋。

區(qū)域范圍所處大地構(gòu)造單元屬中朝準(zhǔn)地臺淮河臺坳，淮北陷褶帶，宿州凹斷褶東。總的構(gòu)造線方向?yàn)楸北睎|，構(gòu)造較為復(fù)雜，除褶皺斷裂外，尚有巖漿巖侵入。區(qū)內(nèi)自東向西有皇藏峪復(fù)背斜、閘河復(fù)向斜、蕭縣復(fù)背斜、蔣河向斜等。礦區(qū)位于閘河復(fù)向斜中段東翼，總體上呈一向西傾斜的單斜構(gòu)造，淺部陡，深部緩。含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組。

2.1 二疊系中統(tǒng)山西組（P2s）

該組厚110～150 m，平均130 m 左右，沉積物以碎屑巖沉積為主。

上段：粉砂巖、細(xì)砂巖、泥巖及砂巖交替成層，下部有較穩(wěn)定發(fā)育的中細(xì)粉砂巖。粉砂巖，灰—深灰色，常帶有少量紫斑或綠色，致密均一；泥巖，淺灰—灰色，斷口光滑，微含鋁土質(zhì)；底部中細(xì)粉砂巖，灰—灰綠色，硅質(zhì)膠結(jié)，含少量泥質(zhì)包體，可見斜層理，層面含煤屑。

中段：粉砂巖、砂巖互層，薄層泥巖與煤層（D 煤層） 組成，底部為中粒砂巖或細(xì)粒砂巖，淺灰—灰色，含炭屑和植物化石碎片，可見不連續(xù)斜層理及菱鐵質(zhì)礦物。

下段：以砂巖、粉砂巖互層為主，夾有1～3層薄煤（C 煤組）；互層中見波狀層理、透鏡狀層理、云霧狀層理，常含炭屑、菱鐵礦等，亦可見底棲動物通道遺痕。

2.2 二疊系中統(tǒng)下石盒子組（P2x）

該組一般厚度厚140～260 m，平均210 m 左右，可劃分3 個巖性段。

上部：以砂巖為主夾雜色泥巖與粉砂巖，砂巖顏色較淺，淺灰、灰白色，常有菱鐵物質(zhì)及菱鐵結(jié)核，分選較差，具斜層理。

中部：由砂巖、粉砂巖、泥巖與煤組成。

底部：泥巖夾砂巖、粉砂巖及薄煤1～2 層（G、F 煤層），砂巖細(xì)粒或中粒，灰白色，成分以石英為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，分選、滾圓較好，常有炭屑及粉砂質(zhì)包體，顯水平層理。底部為耐火粘土。

3 煤層分析

3.1 含煤性

該區(qū)含煤巖系為二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組。各組從沉積特征、聚煤環(huán)境到煤層本身特征都具有明顯差別。山西組含煤3 煤組，1～4 層，總厚度0.28～2.22 m。E、C 煤層不發(fā)育，不可采，10 煤層大部分受輝綠巖穿插有2 個分層，大部分不可采，為較穩(wěn)定煤層。下石盒子組含煤3 組，1～4 層，總厚度0.41～5.86 m，F(xiàn)、H 兩個煤組為極不穩(wěn)定的不可采煤層，G 煤組由于受輝綠巖穿插，常出現(xiàn)有2 個分層，多變質(zhì)為天然焦，其中G2 煤層為該區(qū)主要的可采煤層之一，為大部分較穩(wěn)定煤層。

3.2 可采煤層

礦區(qū)內(nèi)主要可采煤層為G2，主要分布在勘查區(qū)的東部（DF3 斷層以東），呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀較陡，傾角40°～55°，平均45°，煤層賦存標(biāo)高為-50—-450 m，煤質(zhì)大部分為天然焦、無煙煤，位于K2 鋁土泥巖上45 m 左右，厚度0.00～3.16 m，平均1.71 m，可采厚度0.70～3.16 m，平均1.86 m，煤層厚度變異系數(shù)50.78%，煤層變化中等，煤層結(jié)構(gòu)簡單，局部見1 層輝綠巖夾矸。全區(qū)11 個鉆孔揭露該煤層，1 點(diǎn)不可采，可采面積0.94 km2，面積可采指數(shù)79%，屬大部分可采較穩(wěn)定煤層，如圖1所示。

圖1 G煤底板等高線圖Fig.1 No.G coal floor contour diagram

3.3 煤質(zhì)

3.3.1 煤的物理性質(zhì)

D 煤組是早二疊世早期，形成于濱海—三角洲泥炭沼澤環(huán)境，G 煤組形成于三角洲平原的河流湖泊及泥炭沼澤沉積，沉積環(huán)境相近。后期成煤階段的物理性質(zhì)，一般隨著煤的變質(zhì)程度不同而發(fā)生變化。

G2 煤層由于受巖漿巖侵入影響，部分變?yōu)樘烊唤梗烊唤沟囊话阄锢硇再|(zhì)為鋼灰色，粒狀、柱狀至塊狀，金剛光澤，輕微染手，節(jié)理發(fā)育，燃燒有輕微的響聲，無煙，僅發(fā)紅。

煤的物理性質(zhì)：一般為黑色，條痕黑色，煤的視比重大，一般為1.60～2.00 t/m3，似金屬光澤，煤多為粉沫、粒狀至片狀。宏觀煤巖類型，煤是半光亮煤。

視密度：依據(jù)測試分析結(jié)果，采用算術(shù)平均法對視密度測試結(jié)果進(jìn)行平均處理，結(jié)果見表1。

表1 視密度測試結(jié)果Table 1 Test results of visual density

3.3.2 煤的化學(xué)性質(zhì)

對G2 煤層的水分、灰分、揮發(fā)分、硫分、元素分析、干燥基高位發(fā)熱量進(jìn)行測定，原煤水分兩極值為0.75%～7.65%，平均2.72%，屬特低水分煤。原煤灰分兩極值為20.52%～24.90%，平均23.21%，屬中灰分煤。原煤揮發(fā)分兩極值為6.06%～11.21%，平均8.79%。原煤全硫兩極值為0.32%～0.91%，平均0.54%，屬低硫分煤。煤中各種硫以硫鐵礦硫?yàn)橹鳌Ｔ旱腃.daf 兩極值為91.01%～91.81%，平均91.41%；H.daf 兩極值為1.49%～1.75%，平均1.59%。原煤發(fā)熱量兩極值為22.88%～26.61%，平均24.07%，屬高熱值煤。

4 區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造特征

4.1 斷層

據(jù)二維地震及鉆孔揭露區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，見斷距0～30 m 的斷層1 條，見斷距0～50 m的斷層1 條，落差＜50 m 而≥30 m 的斷層1 條，落差＜30 m 而≥10 m 的斷層2 條，斷層的走向多為近南北向，詳見表2。

表2 斷層控制程度一覽表Table 2 Overviewof fault control degree

4.2 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖較發(fā)育，屬丁里巖體的南端，多呈層狀侵入于二疊系地層中。據(jù)二維地震和鉆孔揭露礦區(qū)西部、南部大部分地區(qū)均不同程度受巖漿巖侵蝕。

礦區(qū)巖漿主要侵入煤系地層之中，其中尤以煤層層位為主，在主要可采煤層中，以G 煤層被侵蝕最嚴(yán)重，其侵入面積占可采面積的68.9%。就整個礦區(qū)而言，巖漿侵入淺部較深部嚴(yán)重，西部較東部嚴(yán)重。

巖漿侵入到煤系地層以后，常沿一些“軟弱”巖層延展，煤層正具有這種特征，巖漿沿煤層侵入以后形成巖床、巖株，破壞了煤層的連續(xù)性、完整性。河頭礦區(qū)巖漿巖在煤層中的產(chǎn)狀以巖床為主，巖株也較為發(fā)育，如圖2所示。

圖2 巖漿巖呈巖床狀侵入圖Fig.2 Magmatic rock intruding in the form of rock bed

5 區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件

5.1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

礦區(qū)地勢開闊，地形平坦，地面標(biāo)高一般+32.0—+37.0 m，相對高差不超過5.0 m。

礦區(qū)內(nèi)均被第四紀(jì)沖擊層覆蓋，礦區(qū)東側(cè)為寒武、奧陶系灰?guī)r所組成的低山矮丘，海拔高度100～200 m，成為地下水與地表水的天然分水嶺。閘河從礦區(qū)內(nèi)由北向南穿過，冬季干涸、夏季有水，屬季節(jié)性河流，對礦區(qū)開采無明顯影響。

5.2 充水因素分析

勘查區(qū)礦床的直接充水含水層為煤層直接頂?shù)装寤鶐r裂隙水及煤層露頭附近第四系底含水。地表水不存在對礦井充水的直接威脅。天然狀態(tài)下斷層導(dǎo)水性差，二疊系中煤層頂?shù)装逯苯映渌畬咏M富水性弱，據(jù)附近郭莊煤礦資料，該含水巖組q 為0.000 238 5～0.001 081 L/s·m。第四系底含水雖對淺部煤層露頭開采有一定威脅，但只要保留好保安煤柱，第四系水不會大量灌入井下，因此，礦區(qū)水文地質(zhì)類型應(yīng)為裂隙充水類水文地質(zhì)條件簡單型礦床。

6 礦區(qū)工程地質(zhì)條件

礦層賦存于二迭系下石盒子組中，圍巖主要由泥巖、粉砂巖、砂巖組成。此次勘探工作期間對礦體頂、底板的巖石取樣進(jìn)行力學(xué)測試，結(jié)果見表3。

從表3中看出，礦體頂?shù)装逑嗤瑤r性的物理力學(xué)性質(zhì)差異不大，力學(xué)試驗(yàn)指針平均值有所波動，不同巖石承載力的大小亦有所不同，一般是砂巖大于粉砂巖，粉砂巖大于泥巖，多屬堅(jiān)硬—半堅(jiān)硬巖類、次為軟巖類。而淺部巖石受風(fēng)化的影響，其強(qiáng)度均明顯降低。

表3 礦體頂、底板巖石力學(xué)測試檢測結(jié)果Table 3 Rock mechanics test results of roof and floor of orebody

按煤層頂?shù)装鍘r性指針分類，砂巖屬中等穩(wěn)定型，粉砂巖屬中等—不穩(wěn)定型，泥巖屬不穩(wěn)定型。工程地質(zhì)條件屬簡單—中等的層狀礦床。

7 結(jié)論

（1） 礦區(qū)為二疊系含煤區(qū)，閘河煤田為一軸向北北東的向斜盆地，東西兩邊分別為皇藏峪復(fù)背斜和肖縣背斜，總體上呈一向西傾斜的單斜構(gòu)造，淺部陡，深部可能變緩，礦區(qū)的構(gòu)造格局和展布規(guī)律受區(qū)域構(gòu)造控制，礦區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造發(fā)育，斷層的走向多為近南北向。礦區(qū)巖漿巖發(fā)育，對G 煤層侵蝕最嚴(yán)重。

（2） 礦區(qū)地層產(chǎn)狀總體上有一定的規(guī)律，測區(qū)西部地層較緩，基本水平，東部地層傾角較大基本大于50°，構(gòu)造復(fù)雜程度為中等，地層傾角較大。

（3） 礦區(qū)水文地質(zhì)條件，屬水文地質(zhì)條件簡單—中等的裂隙水充水礦床；工程地質(zhì)條件屬簡單—中等的層狀礦床；礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件為中等。綜上所述，該礦山屬于中等復(fù)雜的礦床。