山西陽城大橋煤礦15號煤層地質(zhì)特征及開發(fā)利用前景研究

摘 要：大橋煤礦位于陽城縣北留鎮(zhèn)大橋村西北側(cè)，目前正在開采3號和9號煤層，15號煤層是其下一步開采的重要礦體。通過分析15號煤層的地質(zhì)構(gòu)造、煤層、煤巖、煤質(zhì)以及開采地質(zhì)條件發(fā)現(xiàn)，15號煤層頂、底板裂隙不發(fā)育，地層產(chǎn)狀簡單，是全區(qū)較穩(wěn)定可采煤層，屬無煙煤二號，預(yù)測15號煤層礦井正常涌水量約為21.78 m3/h，井田內(nèi)奧灰水位標(biāo)高為+472.00～+473.00 m，奧灰水由北東流向南西。15號煤層底板標(biāo)高為+480.00～+530.00 m，該煤層為不帶壓開采煤層，工程地質(zhì)及其他開采地質(zhì)條件為中等型；15號煤層煤炭資源儲量豐富，為949萬t，交通便利，其開采對提高人們的生活水平、穩(wěn)定就業(yè)形勢、實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興等方面具有積極作用。

關(guān)鍵詞：大橋煤礦；15號煤層；地質(zhì)特征；開發(fā)利用前景

煤炭是我國的基礎(chǔ)能源和重要工業(yè)原料，山西作為中國煤炭產(chǎn)量排名第一的省份，對中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到不可或缺的作用[1-2]。大橋煤礦正在聯(lián)合開采3號、9號煤層，待資源開采完畢后，將對15號煤層進(jìn)行延伸開采。目前，根據(jù)以往地質(zhì)報告資料，15號煤層鉆孔工程較少，地質(zhì)勘查工作控制程度較低。為保障礦山有序開采，查明井田內(nèi)構(gòu)造情況，控制15號煤層底板等高線，查明15號煤層煤質(zhì)、頂?shù)装骞こ痰刭|(zhì)特征及其他開采技術(shù)條件等顯得至關(guān)重要。

1 " 礦井田地質(zhì)概況

1.1 "地層

井田內(nèi)地表大部分被第四系覆蓋，出露基巖為二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s），二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x）、山西組（P1s）地層以及零星的石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）地層。

揭露地層從老到新分別為：（1）奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（O2s），主要為青灰色、深灰色、灰色灰?guī)r，致密，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，局部具角礫狀，部分地段方解石脈發(fā)育，中下部含白云質(zhì)灰?guī)r，夾泥質(zhì)灰?guī)r，斷口平坦，裂隙發(fā)育，井田內(nèi)僅DS-1水文孔揭露該層厚度為219.25 m；（2）奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f），為本區(qū)含煤地層基底，巖性為灰色隱晶質(zhì)石灰?guī)r夾泥灰?guī)r、角礫灰?guī)r，地層厚70.00～90.00 m；（3）石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b），由鐵鋁巖、黃鐵礦、黏土巖、煤層等組成，地層厚4.20～10.80 m，平均厚度為8.00 m；（4）石炭系上統(tǒng)太原組（C3t），由砂巖、粉砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖、石灰?guī)r、煤層（煤線）等組成，地層厚71.58～96.47 m，平均厚度為83.49 m；（5）二疊系下統(tǒng)山西組（P1s），主要由石英砂巖、泥巖、煤層等組成，地層厚33.26～51.14 m，平均厚度為44.81 m；（6）二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x），主要由灰色、灰綠色中細(xì)砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、鋁土質(zhì)泥巖組成，下部泥巖顏色為灰黑色，向上漸變?yōu)辄S綠色，到頂部為紫紅色含鐵質(zhì)鮞粒鋁土質(zhì)泥巖，其層位俗稱“桃花泥巖”，地層厚70.00～79.00 m，平均厚度為74.58 m，與下伏地層呈整合接觸；（7）二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s），主要巖性為黃色、紫色泥巖與中粗砂巖互層，在本井田殘留最大厚度約為60.00 m，與下伏地層呈整合接觸；（8）第四系中上更系統(tǒng)（Q2+3），巖性為紅色亞黏土、淺黃色亞砂土，含鈣質(zhì)結(jié)核，局部夾有砂層，厚0～6.20 m，平均厚度為4.10 m；（9）第四系全新統(tǒng)（Q4），巖性為黃色、綠色砂土和砂礫石等，厚0.50～6.00 m，平均厚度為3.20 m。

1.2 "含煤地層

井田含煤地層主要為二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）和石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）。

1.2.1 "二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）

二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）為井田內(nèi)主要含煤地層，在西南及南部有大面積露頭。本組地層厚33.26～51.14 m，平均厚度為44.81 m，底部砂巖與太原組地層呈整合接觸，巖性主要為石英砂巖、泥巖、1號煤層、2號煤層。3號煤層位于山西組下部，厚4.70～7.42 m，平均厚度為5.73 m，開采條件良好。

1.2.2 "石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）

石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）為井田內(nèi)另外一個含煤地層，巖性主要為砂巖、粉砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖、石灰?guī)r、9號煤層、15號煤層等。本組地層厚72.45～97.66 m，平均厚度為84.55 m。其中，9號煤層厚0.90～1.76 m，平均厚度為1.34 m。15號煤層位于太原組中下部，上有一薄層黑色泥巖偽頂，厚2.30～5.30 m，平均厚度為3.14 m。

1.3 "構(gòu)造

本井田位于太行山復(fù)式背斜西翼、沁水盆地東翼南段、晉獲褶斷帶的西側(cè)。井田總體為一軸向近南北、向北傾伏的寬緩向斜，兩翼傾角為2°～3°。井田內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，無陷落柱構(gòu)造，未見巖漿巖侵入。井田構(gòu)造屬簡單類型。

2 " 煤層、煤質(zhì)

2.1 "煤層含煤性

井田內(nèi)含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，含煤地層總厚度為129.36 m，共含煤12層，煤層總厚度為14.42 m。含煤系數(shù)為11.15%，可采煤層有3層，即3號、9號、15號煤層，總厚度為10.31 m，可采含煤系數(shù)7.97%。

太原組平均總厚度為84.55 m，分布9個煤層，分別為5號、6號、7號、8號、9號、11號、12號、13號、15號。其中，9號、15號煤層全區(qū)較穩(wěn)定可采，6號煤層不穩(wěn)定零星可采，其余均不穩(wěn)定不可采。煤層總厚度為7.85 m，含煤系數(shù)9.28%。9號、15號煤層厚度為4.58 m，可采含煤系數(shù)5.42%。

山西組平均總厚度為44.81 m，含3個煤層，由上而下為 "1號、2號、3號。其中，3號煤層賦存區(qū)穩(wěn)定可采，1號、2號煤層不穩(wěn)定不可采。煤層總厚度為6.57 m，含煤系數(shù)14.66%。3號煤層平均厚度為5.73 m，可采含煤系數(shù)12.79%。

2.2 "可采煤層

井田內(nèi)可采煤層為3號、9號、15號煤層，其特征如表1所示。

2.3 "煤巖、煤質(zhì)

2.3.1 "煤的物理性質(zhì)及宏觀煤巖特征

15號煤為雙組分組微鏡惰煤。15號煤均為黑～灰黑色，強玻璃～似金屬光澤，貝殼狀、階梯狀斷口，均為一條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，內(nèi)生裂隙較發(fā)育。15號煤層沿層理和裂隙充填了方解石和脈狀黃鐵礦細(xì)脈。

2.3.2 "煤的化學(xué)性質(zhì)

15號煤層為低灰～中灰、中高～高硫、特低～低揮發(fā)分、中高固定碳～高固定碳、特低磷、特低氯、特低砷、低氟、高發(fā)熱量的無煙煤二號。

3 " 開采地質(zhì)條件

3.1 "水文地質(zhì)條件

3.1.1 "礦井水文地質(zhì)及充水條件

礦井水主要源于地表水、大氣降水、上下石盒子組砂巖裂隙含水層水、山西組砂巖裂隙含水層水、太原組巖溶裂隙含水層水和采（古）空區(qū)積水，充水通道主要有導(dǎo)水裂縫帶、廢棄井筒、鉆孔、斷裂帶等。井田內(nèi)奧灰水位標(biāo)高為+472.00～+473.00 m，奧灰水由北東流向南西。15號煤層底板標(biāo)高為+480.00～+530.00 m，該煤層為不帶壓開采煤層。

3.1.2 "礦井涌水量預(yù)測

本次15號煤層涌水量預(yù)算采用“大井法”[3-4]，是將礦坑或巷道系統(tǒng)概化為一個“大井”，然后采用地下水動力學(xué)的井流解析法計算公式預(yù)算15號煤層頂板直接充水含水層對礦井的涌水量。

“大井法”承壓轉(zhuǎn)無壓預(yù)算公式為：

（1）

（2）

式中：Q為預(yù)算礦井涌水量，m3/d；K為滲透系數(shù)，m/d，取0.01 m/d；H為水柱高度，m，取水文孔含水層自然水位標(biāo)高（+515.06 m）至15號煤層底板最低位置（+480.00 m）的距離35.06 m；S為水位降深，m，采用自然水位標(biāo)高（+515.06 m）至疏干標(biāo)高（+480.00 m）的距離35.06 m；M為含水層的厚度，m，取水文孔資料15.00 m；h為動水位至底板隔水層水柱高度，m，取0 m；R0為“大井”影響半徑，m；r0為“大井”半徑，m。

=813.90 m（3）

式中：F為15號煤層井田面積2.08 km2。

經(jīng)上述公式計算，預(yù)測15號煤層礦井正常涌水量約為21.78 m3/h（522.68 m3/d）。

3.2 "工程地質(zhì)條件及其他開采技術(shù)條件

該礦15號煤層頂、底板裂隙不是很發(fā)育，煤層頂?shù)装宸诸悓僦械龋坏貙赢a(chǎn)狀劃分為簡單；不存在陷落柱及沖擊地壓、地?zé)岷吞齑暗鹊刭|(zhì)災(zāi)害危險，其他特殊地質(zhì)因素為中等。15號煤層為容易自燃煤層，煤塵無爆炸危險（見表2、表3）。綜合評定工程地質(zhì)及其他開采地質(zhì)條件為中等型。

4 " 開發(fā)利用前景分析

據(jù)本次研究估算，15號煤層煤炭資源量為949萬t，其中，探明資源量為888萬t，控制資源量為41萬t，推斷資源量為20萬t。煤炭資源豐富，勘探程度較高，資源可靠，地質(zhì)條件較好，交通方便，煤質(zhì)較好。15號煤層的開發(fā)建設(shè)將帶動當(dāng)?shù)孛禾啃袠I(yè)的發(fā)展，同時能有效促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)繁榮、增加就業(yè)機(jī)會、穩(wěn)定就業(yè)形勢、實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興。

5 " 結(jié)論

（1）井田內(nèi)主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）和石炭系上統(tǒng)太原組（C3t），井田構(gòu)造屬簡單類型。

（2）15號煤層厚2.30～5.30 m，平均厚度為3.14 m，屬較穩(wěn)定全區(qū)可采煤層。15號煤層為低灰～中灰、中高～高硫、特低～低揮發(fā)分、中高固定碳～高固定碳、特低磷、特低氯、特低砷、低氟、高發(fā)熱量的無煙煤二號。

（3）預(yù)測15號煤層礦井正常涌水量約為21.78 m3/h，井田內(nèi)奧灰水位標(biāo)高為+472.00～+473.00 m，奧灰水由北東流向南西。15號煤層底板標(biāo)高為+480.00～+530.00 m，該煤層為不帶壓開采煤層，頂、底板裂隙不發(fā)育，地層產(chǎn)狀簡單，工程地質(zhì)及其他開采地質(zhì)條件為中等型。

（4）15號煤層資源豐富，開采條件良好，交通便利，開采后能提高人們的生活水平、增加就業(yè)機(jī)會、穩(wěn)定就業(yè)形勢、實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興等。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李昕，韓磊，孫金娥.“碳中和”“碳達(dá)峰”下山西煤炭的轉(zhuǎn)型發(fā)展[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2022（6）：138-141.

[2]王峰.山西沁水煤田龍灣井田煤層地質(zhì)特征及煤層氣概要評價[J].西部探礦工程，2021（9）：132-136，141.

[3]張子祥，李文鑫.礦井涌水量預(yù)測方法的比較研究—以甘肅大莊煤礦為例[J].西北地質(zhì)，2022（3）：355-360.

[4]厚琪玲.龍南縣半坑螢石礦區(qū)水文地質(zhì)特征及礦坑涌水量預(yù)測[J].現(xiàn)代鹽化工，2021（2）：87-88.

Study on geological characteristics and development and utilization prospect of

Coal Seam 15 in Yangcheng Daqiao Coal Mine， Shanxi Province

Song Xinqiang

（Jincheng Energy Technology Service Center， Jincheng 048000， China）

Abstract：Daqiao Coal Mine is located in the northwest of Daqiao Village， Beiliu Town， Yangcheng County. Currently， it is mining Coal Seams 3 and 9， and Coal Seam 15 is an important ore body for its next mining. Based on the analysis of the geological structure， coal seam， coal rock， coal quality and mining geological conditions of Coal Seam 15， it is found that the roof and floor fractures of Coal Seam 15 are not developed， and the stratum occurrence is simple. It is a relatively stable and minable coal seam in the entire area， belonging to Anthracite No.2. It is predicted that the normal water inflow of Coal Seam 15 is about 21.78 m3/h， the elevation of the Austrian limestone water level in the mine field is +472.00～+473.00 m， the Austrian limestone water flows from northeast to southwest， and the elevation of the floor of Coal Seam 15 is +480.00～+530.00 m， Coal seam 15 in the mine field is mined without pressure， and the engineering geological and other mining geological conditions are of medium type; Coal Seam 15 is rich in coal resources， with a reserve of 9.49 million tons and convenient transportation. Its mining plays a positive role in improving people’s living standards， stabilizing the employment situation， and achieving rural revitalization.

Key words： Daqiao Coal Mine; Coal Seam 15; geological characteristics; development and utilization prospect