同忻礦石炭、二疊系煤炭資源儲量估算

王德勛，陳志遠，王欣欣，張艷朋

（1.山西大同大學煤炭工程學院，大同 037008；2.山西省地質勘查局二一七地質隊有限責任公司, 大同 037008）

同忻礦位于山西省大同市西南約20 km 處，屬大同市云岡區管轄，井田內賦存有侏羅系和石炭二疊系2 套含煤建造，文章僅估算同忻礦采礦許可證批準的大同煤田石炭二疊系礦區井田范圍，分別為山2、山4、2、3- 5、8、9 號6 層煤層，批采標高為1 550～725 m,各煤層可采范圍標高均在批采標高范圍內。

1 可采煤層特性

1.1 山2 號煤層

位于山西組上部，上距K8砂巖0～13.62 m，平均5.77 m。煤厚0～6.18 m,平均0.50 m。屬薄煤層，井田內有36 個孔見煤，其中達到可采厚度的20 個，可采范圍主要集中在井田西部較小范圍。屬于不穩定、局部可采煤層，煤層變異系數γ= 54%，可采性指數Km=0.64，屬于不穩定、局部可采煤層。煤層穿過層位點259 個，見煤點28 個，可采點18 個，不可采點10 個，斷失點0 個，沉缺點231 個，煤層賦存面積9.34 km2，可采面積5.72 km2。

1.2 山4 號煤層

該煤層屬于二疊系可采煤層，位于山西組下部，距底部K3砂巖0～29.41 m，平均11.07 m。 K3砂巖厚度1.00～16.32 m，平均6.97 m，巖性變化不大，一般為中、粗粒石英砂巖，局部含礫，個別鉆孔為細粒砂巖或粉砂巖。煤層厚度0～4.59 m，平均厚度為1.40 m。可采范圍主要分布于東部，煤層結構簡單。煤層變異系數γ=50%，可采性指數Km=0.66，屬于不穩定，局部可采煤層，煤層穿過層位點259 個，見煤點154 個，可采點105 個，不可采點49 個，斷失點0 個，沉缺點105 個，煤層賦存面積23.83 km2，可采面積6.64 km2。

1.3 2 號煤層

位于太原組上部，上距山4 號煤層16.60～38.80 m，平均21.32 m。煤層厚度為0～5.87 m，平均1.76 m，煤層結構簡單。主要分布于北二盤區東南部及中部，局部可采。可采范圍內層位穩定，厚度變化不大。煤層變異系數γ= 45%，可采性指數Km=0.71，屬于不穩定煤層，局部可采，煤層穿過層位點259 個，見煤點77 個，可采點38 個，不可采點39個，斷失點0 個，沉缺點182 個，煤層賦存面積22.04 km2，可采面積8.27 km2。

1.4 3-5 號煤層

位于2 號煤層之下0.70～9.60 m，平均厚度2.28 m。煤層厚度0～37.95 m，平均13.38 m。煤層夾矸0～18 層，結構復雜，為巨厚煤層。煤層可采性指數Km=0.96，變異系數γ=18%，屬較穩定、大部可采煤層。 煤層賦存面積60.25 km2，可采面積55.15km2。煤層穿過層位點258 個，見煤點234 個，可采點218 個，不可采點16 個，斷失點0 個，沉缺點24 個，煤層賦存面積60.25 km2，可采面積55.15 km2。礦體規模為：走向N10°～50°E，傾向北西，煤層傾角8°～12°，礦區范圍內走向長月13.288 km，寬（延伸方向）約6.850 km，礦體平均厚度13.38 m，最小埋深345 m，最大埋深620 m，最小地板標高740 m，最大地板標高990 m。該煤層總體上厚度變化不大，層位穩定,東北部及西南部受后期砂巖沖刷強烈，致使煤層變薄、缺失，出現無煤帶，煤層厚度的變化與后期砂巖的沖刷程度也有著密切的關系。

1.5 8 號煤層

上距3-5 號煤層7.47～51.56 m，平均21.42 m。煤層厚度0～10.09 m，平均2.97 m，煤層結構簡單至較簡單，由0～8 層煤分層組成，夾矸最多達5 層，8 號煤層基本上全區賦存，僅北部及西部局部缺失為零，煤層變異系數γ=30%，可采性指數Km=0.81，該煤層屬較穩定大部可采煤層。煤層穿過層位點257 個，見煤點250 個，可采點229 個，不可采點21 個，斷失點0 個，沉缺點7 個，煤層賦存面積59.83 km2，可采面積57.11 km2。

1.6 9 號煤層

位于8 號煤層之下0.90～17.88 m，平均6.63 m。煤層厚度為03.59 m，平均厚度為0.97 m，結構簡單，可采范圍主要在井田中部。該煤層變異系數γ=55%，可采性指數Km=0.65，該煤層屬不穩定，局部可采煤層。煤層穿過層位點255 個，見煤點143 個，可采點96 個，不可采點47 個，斷失點0 個，沉缺點112 個，煤層賦存面積26.53 km2，可采面積18.02 km2。

1.7 各煤層頂、底板及夾矸層巖質特性

各煤層頂、底板及夾矸層巖質特性見表1：

表1 各煤層頂、底板及夾矸層巖質特性

2 儲量估算

2.1 儲量估算工業指標

根據《DZ/T 0215-2020 礦產地質勘查規范煤》，確定本次資源儲量估算的工業指標見表2。

表2 工業指標

2.2 煤礦儲量估計方法

在煤礦地質勘查中，常用的煤炭資源儲量估計方法主要有傳統幾何學方法、克里金方法、SD 法等。而傳統幾何學方法包含有地質塊段法、剖面法、水平切面法、簡單統計法、算數平均法、等高線法等。

2.2.1 地質塊段法

地質塊段法是煤炭儲量計算使用的最廣的一種方法，它是將井田內煤層按各種要素分割成為各個不同小塊，例如煤層厚度、地質構造開采技術條件、開拓方式等，然后計算每個小塊的煤礦儲量，最后疊加得到總的估算量。該法具有算術平均法的優點，可滿足多方面需求，缺點是在工程密度小、分布不均以及煤層不穩定的情況下精度較差［1-3］。計算公式為：

式中：Q、S、m、d分別為資源儲量(萬t)、塊段水平投影面積(m2)、塊段內資源儲量估算煤層厚度的平均值(m)、煤層平均視密度(t/m3)。

2.2.2 斷面法

也稱作剖面法，包括平行剖面法和不平行剖面法，其中平行剖面法是在2 個斷面相鄰且平行的情況下對儲量進行計算，優點是方法簡單、精度高，節省了作煤層底板等高線圖的時間和精力。尤其適用煤層厚度變化較大的煤層儲量計算中。計算公式為：

式中：Vi為兩相鄰剖面之間所控制的某一煤層的體積(m3)；Si為兩相鄰剖面之間所控制的某一煤層在兩剖面上面積的平均值（m2）；di為兩剖面間的距離(m)；Q為煤層的儲量（t）；Mi為該塊段煤層容重（t/m3）。

2.2.3 水平切面法

水平切面法的斷面是一個水平面，適用于露天開采的傾斜厚煤層的儲量計算，計算公式為它的計算公式為：

式中：V為上下兩相鄰且水平斷面間的煤層體積(m3)；S1、S2分別為上下兩相鄰且水平切面上煤層的面積（m2）；h為上下兩相鄰且水平切面間垂直間距(m)；Q為煤層的儲量(噸)；M為煤層容重(t/m3)。

2.2.4 簡單統計法

簡單統計法是一種統計簡單，但精度低的統計方法，適用于對儲量估算要求低的地方，計算公式為

式中：Q、S、P、K分別為儲量(t)、儲量計算面積(m2)、平均含煤密度(t/m2)、改正系數。

或者為:

式中：Q、V、M、K分別為儲量(t)、煤層體積（m3）、煤系地層中單位體積的平均含煤數量(t/m3)、改正系數［4-7］。

2.2.5 克里金方法

克里金法是一種最優、線性、無偏內插估計量的方法，在煤礦儲量估算中常用的是普通克里金法。計算公式為:

式中：M*、μi、Mi分別為待估塊段的估計值、疊加加權因子、估塊段影響范圍內的已知樣品值。

2.2.6 SD 資源儲量估算法

基本原理是對斷面進行幾何形變處理，采用樣條函數對構造性地質參數進行擬合，并采用積分估算的方式實現對礦產資源的定量評估，該方法適用于形態簡單，成礦連續性較好，或用于礦產勘查及詳細勘查階段的儲量估計。使用SD 法進行資源儲量估算時可以借助SD 法軟件系統進行實施［8-9］。

2.3 估算方法、參數的確定

由于同忻礦井田煤層傾角2°～22°，多數小于15°，屬近水平煤層，故采用地質塊段法估算資源儲量。

1） 面積的確定。采用MAPGIS 繪圖軟件在1∶10 000 的煤層底板等高線及資源儲量估算圖上直接拓撲而成，作為塊段資源儲量的估算面積。

2）厚度的確定。采用塊段內所利用的勘探工程見煤點厚度的算術平均值，當塊段內有最低可采邊界線時，則加入相應的最低可采點厚度參與估算［10］。

3）視密度的確定。區內所有見煤鉆孔煤芯煤樣視密度測定值之算術平均值見表3。

表3 各煤層視密度測定值之算術平均值

2.4 幾種邊界線的確定

幾種邊界線的確定見表4。

表4 邊界線的確定

2.5 資源儲量的劃分

井田構造復雜程度屬一類簡單構造，主要可采煤層3-5、8 號煤層屬II 型較穩定。根據《DZ/T 0215-2020 礦產地質勘查規范煤》, 劃分各類型資源儲量的基本線距見表5。

表5 各類型資源儲量的基本線距

2.6 資源儲量估算結果

經過估算和查閱相關資料，同忻礦井田范圍內山2、山4、2、3 - 5、8、9 號煤層共計累計查明資源儲量113 113 萬t，其中保有儲量為100 440 萬t，累計消耗資源儲量12 673 萬t。保有資源儲量中探明資源量35 253 萬t，控制資源量26 304 萬t,推斷資源量38 883 萬t，詳細數據見表6。

表6 資源儲量估算詳細數據

3 結 果

同忻礦煤層賦存穩定，煤層厚，傾角平緩，井田范圍內保有資源儲量為100 440 萬t（保有資源儲量中探明資源量35 253 萬t，控制資源量26 304 萬t，推斷資源量38 883 萬t），可采指數采用0.59，經轉換計算：現井田范圍內證實儲量為20 799 萬t；可信儲量為15 519 萬t。

4 結 論

煤炭儲量估算工作至關重要，關系到投資計劃、地質勘查、開采設計等重要環節，不僅對整個開采作業的進度、效率有重要影響，而且對煤炭資源的利用效果也有影響，對煤炭儲量的進行估算，需要結合煤礦行業的實際發展現狀、開采工作的實際情況等因素，合理選擇煤礦儲量計算方法以提升煤礦儲量計算的精度。文章研究中，對同忻礦采礦許可證批準的全井田范圍做出了詳細估算，為提高煤礦管理、開采設計水平、資源回收利用率提供重要參考價值，對其他煤礦儲量估算也具有重要參考意義。