貴州省方興煤礦地質特征與可采煤層對比研究

代 倫

（貴州省煤田地質局水源隊，貴州 貴陽 550081）

1 礦區地層及可采煤層

礦區內鉆孔揭露地層由老至新依次為，二疊系中統茅口組（P2m），二疊系上統龍潭組（P3l）、長興組（P3c），三疊系下統夜郎組（T1y），三疊系下統茅草鋪組（T1m） 以及第四系（Q） 地層組成[1]，地層間為整合或不整合接觸。二疊系龍潭組（P3l）為煤系地層厚度79.57 ～113.38 m，平均102.35 m，含煤層5 ～14 層，一般10 層，煤層總厚度6.82 ～12.82 m，一般為9.92 m，含煤系數9.69%。此次編號煤層共8 層，自上而下依次為4、5、7、9、11、13、14、15 煤層；其中有5 層煤可采，編號分別為9、11、13、14、15 號，9 號煤煤層較穩定屬全區可采煤層，11、13、14、15 號煤層屬全區大部可采的較穩定煤層，可采煤層厚2.76 ～10.61 m，可采總厚度平均為6.26 m，可采含煤系數6.12%[2],可采煤層特征見表1。

表1 可采煤層特征一覽表Table 1 List of characteristics of mineable coal seams

2 構造特征

井田位于揚子陸塊（一級構造單元） —黔北隆起（二級構造單元） —遵義斷拱（三級構造單元）的赫章—金沙—南白一線以南短軸式褶皺區（四級構造單元）。屬北東—南西向的大頂坡背斜北西翼中段，地層走向呈北東- 南西向，傾向北偏西44°～69°，平均56°，傾角28°～37°，平均34°，礦區內總體為一單斜構造。

2.1 褶皺

區內次一級褶曲不發育，井田內部未見褶曲構造[3]。

2.2 斷層

礦區內共發現3 條斷層，斷距在15 ～50 m，1條正斷層，2 條逆斷層。斷層基本情況見表2。

表2 斷層基本情況Table 2 Basic situation of faults

F1 斷層：井田內在101 和201 孔北部發育近東西走向的一條正斷層F1，101 孔和201 孔在井田范圍內控制該斷層。102 孔在孔深61 m 左右揭露該斷層，斷層落差在10 m 左右，該斷層斷失煤系地層中上部小部分；201 孔在孔深89 m 左右揭露該斷層，斷層落差在35 m 左右，斷失煤系地層中上部一部分，斷失主要可采煤層9 號煤；屬于基本查明斷層。

F2 斷層：井田401 孔東側發育有一條逆斷層F2，該鉆孔在152 m 左右揭露該斷層，造成9 號煤層頂板的重復，斷層落差20 m 左右。屬于查明斷層。

F3 斷層：在井田內501 孔東側發育一條南西—北東走向逆斷層F3，該斷層在地表見2 個控制點，501 和502 孔在井田范圍內控制該斷層，該斷層在501 孔造成了P3c 地層的重復，在502 孔造成了T1y1和P3c 地層的重復，斷層落差在50 m 左右。屬于基本查明斷層。區域內無巖漿巖出露，對含煤地層及煤層無破壞影響作用。

3 煤層對比

以煤層所在位置為對比依據，采用標志層為主，結合煤層自身特征（層位、厚度、結構、硫分、灰分、煤巖特征）、層間距、物性參數特征、頂底板特征等，對各煤層進行綜合對比[4]。

3.1 標志層

區內含煤地層主要依據標志層法進行對比，其標志層巖性特征明顯、層位穩定、分布廣泛、分布穩定、易于鑒別、區內具可對比性的巖性標志層有4 層[4]，自上而下編號為B1、B2、B3、B4。

3.1.1 B1標志層

位于含煤地層頂部，巖性為灰巖，灰色，薄至中厚層狀，泥晶結構，溶蝕現象發育，局部發育小溶孔，含少量黃鐵礦結核，偶夾薄層粉砂巖。局部發育垂直裂隙，厚0.85 ～4.05 m，一般厚2.06 m 左右。礦區內該標志層層位、巖性穩定、分布穩定，上距長興組底部0.57 ～4.15 m，平均2.33 m，下距9 號煤層33.36 ～53.36 m，平均43.13 m，是對比9號煤良好標志層（9 號煤層全區可采）[5]。

3.1.2 B2標志層

位于含煤地層中部，巖性為灰巖，淺灰色，細晶結構，薄至中厚層狀，含方解石脈，含黃鐵結核，水溶蝕線發育，厚1.17 ～6.62 m，平均2.78 m。礦區內該標志層層位、巖性、厚度較穩定，上距9 號煤層1.16 ～7.20 m，平均4.20 m，下距11號煤層13.12 ～17.66 m，平均14.76 m，是對比9、11 號煤層的良好標志層[6]。

3.1.3 B3標志層

位于含煤地層龍潭組下部，巖性為灰巖，灰色、淺灰色，細晶結構，發育斜交裂隙，被方解石填充，局部溶蝕現象發育。局部含少量黃鐵礦結核和方解石脈，灰巖薄到中厚層狀，厚0.48～2.84 m，平均1.65 m，該標志層層位、巖性、厚度、分布較穩定。上距13 號煤層為5.32～10.47 m，平均7.14 m，下距14 號煤層為0.29～2.12 m，平均1.09 m。是對比13、14 號煤層的良好標志層。

3.1.4 B4標志層

位于含煤地層龍潭組底部，巖性為鋁土質泥巖，呈灰色、灰白色，具滑感、鮞狀結構，含豐富的星散狀黃鐵礦、團塊狀黃鐵礦結核，厚度2.04 ～11.10 m，平均3.83 m，該標志層層位、巖性、厚度較穩定，上部緊接著為15 號煤，是煤系地層結束的穩定標志層，也是對比15 號煤的良好標志。

3.2 層間距

層間距是衡量煤層傾角和垂直度的重要指標，作為確定煤層對比的方法之一，從鉆孔揭露以及以往地質資料來看，區內各煤層層間距變化較大[7]，但從同一條勘探線和相鄰鉆孔所揭露的數據來看，煤層層間距相對比較穩定，區內煤層都是近距離煤層，這種特征可作為煤層對比的輔助支撐。

3.3 煤層自身特征

（1） 層位。

9 煤層在區內具有層位和厚度較穩定的特征，位于龍潭組中部，其上無其它可采煤層，其下有穩定的灰巖作為標志層；15 煤層位于煤系地層龍潭組底部，其下無其它煤層，多與淺灰色、灰白色鋁土質泥巖直接接觸。這兩層煤對比關系確定后，其它煤層可根據其上下關系進行對比。

（2） 厚度。

9 煤層是全區分布最廣和最穩定的煤層，其為龍潭組厚度大于2 m 的煤層，其上下無其它煤層大于2 m。

（3） 結構。

15 煤層在區內的表現為，煤層結構較復雜，一般含1 層夾矸，夾矸為泥巖或含炭質泥巖，其中泥巖含少量星散狀鐵礦，相對其它煤層，在區內所有煤層中其煤層結構最為復雜。

（4） 硫分。

原煤9 號煤為1.23%～6.18%，平均為2.73%；11 號煤2.12% ～4.87%，平均為3.22 %；13 號煤2.19% ～6.64%，平均為4.03 %；14 號煤2.35% ～4.00%，平均為3.10%；15 號煤2.94% ～8.94%，平均為5.61%，原煤硫分在垂向上隨深度增加總體上呈波浪形，15 煤層硫分明顯大于其余各可采煤層，全區均值在3.67%左右；浮煤9 號煤為0.66%～0.92%，平均為0.77%；11 號煤0.86%～1.30%，平均為1.15%；13 號煤1.01% ～1.65%，平均為1.32%；14 號煤0.83% ～4.39%，平均為2.14%；15 號煤0.91%～6.68%，平均為3.82%，浮煤硫分在垂向上隨深度增加先增大后減小。根據煤層含硫量的高低，在近距離煤層進行對比時能明顯區別15 煤層。

（5） 灰分：原煤9 號煤為18.77%～35.95%，平均為25.42%；11 號煤22.25%～37.85%，平均為31.69%；13 號煤20.22% ～29.97%，平均為25.66%；14 號煤11.73% ～38.17%，平均為29.04%；15 號煤20.52% ～37.18%，平均為27.12%，原煤灰分在垂向上隨深度增加總體上呈波浪形增加；浮煤9 號煤為6.70%～13.36%，平均值為8.19%；11 號煤7.62 ～8.57%，平均為8.20%；13 號煤5.70% ～10.19%，平均為8.33%；14 號煤7.37% ～9.81%，平均為8.88%；15 號煤7.79% ～13.41%，平均為9.43%，浮煤灰分在垂向上隨深度增加而無明顯變化，但其值比原煤灰分明顯減小。

根據《煤炭質量分級第1 部分：灰分》GB/T15224.1-2018 的規定，區內各主要可采煤層屬中- 高灰煤，其中9、13、14、15 號煤層為中灰煤（MA），11 號煤為高灰煤（HA）。因此可以能明顯區別11 煤層。

3.4 測井曲線對比

3.4.1 方法選擇

在定性的基礎上采用三側向電流（D3C） （或電位電阻率NR）、長源距伽馬伽馬（GGL） （或自然伽馬（GR）） 2 種曲線進行定厚解釋，巖、煤層物性特征見表3。

表3 巖、煤層物性特征Table 3 Physical properties of rock and coal seam

3.4.2 對比成果

煤層對比主要依據煤巖層的物性特征、曲線的幅度異常、形態異常及特殊形態組合關系等進行對比[8]。

7、9 煤層：該煤組位于龍潭組上部。7 煤層全區局部可才采，頂底板均為泥巖、砂紙泥巖，天然放射性具有明顯物性反應特征，其特征描述為，在天然放射性低值過渡到煤地板地層過程中，底板天然放射性呈現臺階狀逐漸升高，具有明顯的物性反應特征。9 煤層為算量煤層，也是全區的基準煤層。其物性反應明顯且全區可采，煤層穩定。物性反應特征為，從7 煤層底板天然放射性由低到高呈階梯狀升高后出現斷崖式降低反應煤層。地板物性反應更加明顯，呈現山峰狀天然放射性升高。9 煤層與B2標志層間距穩定具有很強的物性對比性（圖1）。

圖1 7 號和9 號煤層曲線特征對比圖Fig.1 Curve feature comparison of No.7 and No.9 coal seams

11、13 煤層：該煤組位于龍潭組下部。11、13 煤層均為算量煤層。11 煤層天然放射性極高，是11 煤層的重要物性特征且全區呈現這一特征。13 煤層夾矸中天然放射性具有極高反應數值，并呈現"之"字形態。電性曲線與人工伽馬也對以特殊反映相呼應。B3 標志層與13 煤層間距穩定具有很強對比反應（圖2）。

圖2 11 號和13 號煤層曲線特征對比圖Fig.2 Curve feature comparison of No.11 and No.13 coal seams

14、15 煤層：該煤層位于龍潭組底部，14、15 煤層均為不可采煤層，14 煤層發育不穩定，部分鉆孔出現缺失。14 煤層位于B3標志層下部，對比簡單可靠，曲線反應為標準灰巖壓煤反應形態。15 煤層位于B4標志層上部，由于B4標志層是鋁土質泥巖，故15 煤層呈現高自然伽馬形態[9]，便于區分14 煤層。具有極明顯的反應特征（圖3）。

圖3 14 號和15 號煤層曲線特對比圖Fig.3 Curve feature comparison of No.14 and No.15 coal seams

4 煤層及頂底板特征

（1） 9 號煤層。

位于龍潭組中部，上距長興組底界33.36 ～53.56 m，平均43.13 m；下距11 號煤層15.45 ～31.48 m，平均21.74 m。煤層全層厚度1.18 ～3.40 m，平均2.49，采用煤層厚度0.93 ～3.40 m，平均2.41 m。煤層中夾石0 ～1 層，一般無夾矸，煤層結構簡單，屬于穩定煤層。

該煤層頂板巖組主要由泥質粉砂巖、粉砂質泥巖組成；底板巖組主要由泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、粉砂巖組成；在該煤層頂底板各巖性中，泥質粉砂巖、粉砂巖屬半堅硬巖組，未風化之前穩定性較好，但遇水后則易風化破碎，穩定性相對較差；粉砂質泥巖則屬軟弱巖組，遇水即風化破碎、膨脹或崩解，穩定性極差。該煤層頂底板巖組巖石質量指標大多為Ⅱ、Ⅲ類, 頂板巖性RQD 值為21%～74%，底板巖性RQD 值為57%～74%。因此，根據該煤層頂底板各種巖性組合以及巖石物理力學性質數據，該煤層頂底板巖組穩定性良—中等。

（2） 11 煤層。

位于龍潭組中下部，上距9 煤層15.45 ～31.48 m，平均21.74 m；下距13 煤層6.09 ～13.41 m，平均12.45 m。煤層全層厚度0.27 ～1.91 m，平均0.87 m；采用煤層厚度0.27 ～1.91 m，平均0.76 m。煤層夾矸0～2 層，一般夾矸1 層，煤層結構較簡單。屬較穩定煤層。

該煤層頂板巖組主要由泥質粉砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖、石灰巖組成；底板巖組主要由泥質粉砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖組成；在該煤層頂底板各巖性中泥質粉砂巖、粉砂巖、細砂巖、屬半堅硬巖組，未風化之前穩定性較好，但遇水后則易風化破碎，穩定性相對較差；粉砂質泥巖則屬軟弱巖組，遇水即風化破碎、膨脹或崩解，穩定性極差。該煤層頂底板巖組巖石質量指標大多為Ⅱ、Ⅲ類，頂板巖性RQD 值為55%～78%，底板巖性RQD 值為58%～86%。因此，根據該煤層頂底板各種巖性組合以及巖石物理力學性質數據，該煤層頂底板巖組穩定性良—中等。

（3） 13 煤層。

位于龍潭組下部，上距11 煤層6.09 ～13.41 m，平均12.45 m；下距14 煤層6.83 ～15.43 m，平均9.92 m。煤層全層厚度0.56 ～2.16 m，平均1.21 m；采用煤層厚度0.56 ～1.88 m，平均1.08 m。夾石0 ～1 層，一般1 層夾矸，煤層結構較簡單，為較穩定煤層。

該煤層頂板巖組主要由泥質粉砂巖、粉砂質泥巖組成；底板巖組主要由泥質粉砂巖、粉砂巖、細砂巖、、粉砂質泥巖組成；在該煤層頂底板各巖性中泥質粉砂巖、粉砂巖、細砂巖、屬半堅硬巖組，未風化之前穩定性較好，但遇水后則易風化破碎，穩定性相對較差；粉砂質泥巖則屬軟弱巖組，遇水即風化破碎、膨脹或崩解，穩定性極差。該煤層頂底板巖組巖石質量指標大多為Ⅱ、Ⅲ類，頂板巖性RQD 值為57%～84%，底板巖性RQD 值為71%～96%。因此，根據該煤層頂底板各種巖性組合以及巖石物理力學性質數據，該煤層頂底板巖組穩定性良—中等。

（4） 14 煤層。

位于龍潭組下部，上距13 煤層6.83 ～15.43 m，平均9.92 m；下距15 煤層3.65 ～5.37 m，平均4.43。煤層全層厚度0.42 ～1.20 m，平均0.79 m；采用煤層厚度0.42 ～1.02 m，平均0.76 m。夾石0 ～1 層，一般1 層夾矸，煤層結構較簡單，大部可采，為較穩定煤層。

該煤層頂板巖組主要由泥質粉砂巖、粉砂質泥巖組成；在該煤層頂底板各巖性中，泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、粉砂巖、細砂巖組成，在該煤層頂底板各巖性中泥質粉砂巖、粉砂巖、細砂巖屬半堅硬巖組，未風化之前穩定性較好，但遇水后則易風化破碎，穩定性相對較差；粉砂質泥巖則屬軟弱巖組，遇水即風化破碎、膨脹或崩解，穩定性極差。該煤層頂底板巖組巖石質量指標大多為Ⅱ、Ⅲ類,少數為Ⅳ類，頂板巖性RQD 值為32%～96%，底板巖性RQD 值為37%～96%。因此，根據該煤層頂底板各種巖性組合以及巖石物理力學性質數據，該煤層頂底板巖組穩定性中等—差。

（5） 15 煤層。

位于龍潭組下部，上距14 煤層3.65 ～5.37m，平均4.43 m；下距茅口組（P2m） 灰巖2.48 ～21.87 m，平均9.31。煤層全層厚度0.33 ～1.94 m，平均0.90 m；采用煤層厚度0.33 ～1.76 m，平均0.80 m。夾石0～1 層，一般1 層夾矸，煤層結構較復雜，屬較穩定煤層。

該煤層頂板巖組主要由泥質粉砂巖、粉砂質泥巖組成；底板巖組主要由泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、鋁土質泥巖組成；在該煤層頂底板各巖性中泥質粉砂巖、粉砂巖、屬半堅硬巖組，穩定性相對較差；鋁土質泥巖則屬軟弱巖組，遇水即風化破碎、膨脹或崩解，穩定性極差。根據本次工作4 鉆孔工程地質編錄資料，該煤層頂底板巖組巖石質量指標大多為Ⅱ、Ⅲ類,少數為Ⅳ類，頂板巖性RQD 值為32%～96%，底板巖性RQD 值為37%～96%。因此，根據該煤層頂底板各種巖性組合以及巖石物理力學性質數據，該煤層頂底板巖組穩定性中等—差。

綜上所述，9 號煤為全區可采，其余煤層均為大部可采可采煤層，因而可明顯對比出9 號煤層；而礦區內9、11、13 煤層頂底板巖組穩定性良—中等，14、15 煤層頂底板巖組穩定性中等—差，因此能明顯對比13、14 煤層。

5 結語

通過以上綜合研究可知，方興煤礦礦區位于大頂坡背斜北西翼中段，總體為一單斜構造，區內構造以斷裂為主，共發育3 條斷層，斷層性質查明或基本查明，次一級褶曲不發育。井田內斷層均對煤層開采有影響，究其原因是其中小斷裂使煤層產狀發生變化，破壞煤層結構，并導致煤層空間不連續，致使煤層增厚變薄現象發生。礦區構造復雜程度中等。區內可采煤層共5 層分別為9、11、13、14、15，其中9 號煤層為全區可采煤層，也是全區的基準煤層，一般無夾矸，煤層結構簡單，余下4層煤均為大部可采煤層。從整個礦區來看可采煤層厚度有一定變化，為薄—中厚層，結構簡單至較復雜。各煤層的變化受沉積環境的控制較為明顯，賦煤位置及厚度雖然有所變化，但整體而言煤系頂底部灰巖、鋁土質泥巖特征明顯、分布穩定，對礦區煤層對比有較好的促進作用。結合標志層、煤層自身特征及測井曲線，該礦區煤層對比清楚，煤層對比可靠。