漳河井田地质条件及煤层特征分析

2016-02-23陈黎明

西部探矿工程 2016年1期

关键词：含煤井田水文地质

陈黎明

（山西省煤炭地质114勘查院，山西长治046011）

漳河井田地质条件及煤层特征分析

陈黎明*

（山西省煤炭地质114勘查院，山西长治046011）

根据漳河井田以往的地质成果资料，结合野外地质填图及钻孔揭露的地质现象，对漳河井田地层、构造、水文地质条件、工程地质条件及煤层特征等进行了较深入的分析，归纳出地质及煤层特征，并对地质构造复杂程度、水文地质类型、工程地质勘查类型进行了分类，以期对今后煤矿的生产开采起到一定的指导意义。

矿井地质；煤层；特征分析

漳河井田位于沁水煤田中东部，山西省襄垣县西北夏店镇、善福乡、王村镇一带，中心部位距襄垣县城约20km。井田地处太行山西麓，山西高原东南缘，地貌属构造剥蚀低山丘陵区；总体地势西高东低，相对高差230m。井田呈不规则多边形，南北长约8km，东西宽约4km，总面积29.82km2。

井田东部与襄垣县七一煤矿、花宝沟煤矿、三荆沟煤矿、襄垣煤矿相邻，南部与夏店煤矿相邻，西南部与石泉煤业相邻。由于煤层埋藏较深，井田内目前没有生产矿井。

1　地质特征

1.1地层

本井田位于沁水煤田东部边缘，井田内大部分地层被第四系中、上更新统松散层所覆盖，仅在沟谷中有少量基岩零星出露。根据钻孔揭露，井田内发育地层由老至新依次为：古生界奥陶系中统上马家沟组（O2s）及峰峰组（O2f）、石炭系中统本溪组（C2b）、石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、下石盒子组（P1x），二叠系上统上石盒子组（P2s）、石千峰组（P2sh），中生界三叠系刘家沟组（T1l）及新生界第四系（Q2+3）。

1.2地质构造

本井田位于沁水盆地东翼中段，晋—获褶断带和武乡—阳城凹褶带之间，受区域构造影响，井田内发育总体形态为走向北北东、倾向北西的单斜构造，在井田中东部发育有次级褶皱构造。井田内未见陷落柱和岩浆岩。

1.2.1褶皱

（1）前袁家沟向斜。该向斜北起南姚村东，向南经前袁家沟村东、路家沟西、路家坪东、燕沟、北马喊向南延伸出井田；平面形态呈“S”型，总体展布轴向接近南北向，两翼倾角5°～21°，东翼较陡，西翼较为平缓，为不对称向斜构造。向斜核部地层为上石盒子组，全长13.5km，区内延伸5.5km。

（2）前袁家沟背斜。该背斜北起南姚村西，向南经前袁家沟村西、泉沟、新庄、沟北、冀家岭东，向南延伸出井田；平面形态呈“S”型，轴向接近南北，两翼倾角4°～15°，南段枢纽波状起伏。该背斜轴部出露地层为上石盒子组，全长13.6km，区内延伸6km。

1.2.2断层

（1）王家沟断层（F1）。该断层为逆断层，位于井田西部，南起九龙村西，向北经前王家沟至圪塔头村北止，全长7km；平面形态呈“S”型，北段走向南北，倾向西，南段走向北东30°，倾向北西，倾角45°～61°，断距20～60m，第6、7勘探线附近可见有次生断裂，断距10～22m。地表在王家沟中多处可见上石盒子组地层断裂接触和断层擦痕。岩矿鉴定表明，其间地层有2次明显重复现象。

（2）F2断层。该断层为逆断层，位于井田中东部，走向北东25°，倾向北西，倾角45°，断距5～25m。

1.3水文地质条件

井田地处太行山西麓构造剥蚀低山丘陵区，区内无常年性地表水体，山间沟谷仅在雨季排泄洪水时形成溪流，持时较短。含水层根据岩性及藏水空间可划分为5种类型。

1.3.1主要含水层特征

（1）中奥陶统石灰岩岩溶裂隙含水层：井田内广泛分布。由于岩溶发育不均匀，地下水位变幅较大，富水性常因地而异。区域资料显示，该含水层为承压的强富水性含水层，水位标高为676m。据钻孔抽水资料表明，水质类型为HCO3--Ca2+型。

（2）上石炭统太原组石灰岩岩溶裂隙含水层：井田内分布广泛，主要由K2、K3、K4、K5、K6五层石灰岩组成，平均总厚度为13.97m。其含水性主要取决于裂隙岩溶的发育程度。据钻孔抽水资料，单位涌水量q为0.00032L/（s·m），渗透系数K为0.0015m/d，水位标高747.09m，水质类型为HCO3--Na+型。该含水层属承压的弱含水层。

（3）下二叠统山西组、下石盒子组砂岩裂隙含水层：由K7砂岩及3号煤顶板砂岩等组成。其中K7砂岩为中—细粒砂岩，平均厚2.49m；3号煤顶板砂岩亦为中—细粒砂岩，平均厚22.44m。砂岩裂隙一般不发育，仅局部见有开口型裂隙。据钻孔山西组抽水资料，单位涌水量q 为0.00047L/（s·m），渗透系数K为0.0019m/d，水位标高为892.85m，水质类型为HCO3-·SO42--Na+型。该含水层为承压的弱富水性含水层。

（4）三叠系下统刘家沟组，二叠系上统上石盒子组、石千峰组碎屑裂隙含水层：该含水岩组在井田西部、中部及西南部均有出露，其中刘家沟组只在井田西部零星分布。地层厚度大于500m，主要含水岩性为中、细粒砂岩，地表出露及浅部含水层地下水多以潜水为主，直接接受大气降水或经第四系松散含水层下渗补给，动态变化显著。据钻孔岩芯检查，基岩越疏松，风化裂隙深度就越大，但一般不超过基岩面下50m；而坚硬岩类，风化裂隙深度不超过基岩面下40m。该含水层富水性中等。

（5）第四系松散孔隙含水层：井田范围内分布广泛，由砂质粘土、砂土、粉砂及砂砾组成，受大气降水及河水补给，富水性中等。

1.3.2主要隔水层特征

（1）上石炭统太原组底部及中石炭统本溪组隔水层：主要由具塑性的泥岩、铝质泥岩或粉砂质泥岩组成，一般厚度变化较大。区域范围内阻隔其下伏含水层对上覆煤层开采的影响。

（2）二叠系砂岩含水层层间隔水层：主要由具塑性的泥岩、铝质泥岩组成，单层厚度一般大于2m，呈层状分布于各含水层之间，阻隔其上、下含水层间的水力联系。

1.3.3地下水的补给、径流及排泄条件

松散含水层主要直接接受大气降水补给，松散含水层下的基岩风化带含水层一般接受其上覆含水层的补给，在局部地段，不同时间内与松散含水层可互为补给。

上石盒子组（除风化带外）及下石盒子组、山西组、太原组含水层接受大气降水的补给条件较差，与上覆含水层及下伏含水层均有一定厚度的隔水层相隔，水力联系微弱。地下水运动一般以层间径流为主，仅在构造部位才与其它含水层直接发生水力联系。

奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层在区内隐伏于煤系地层之下，在构造部位可通过导水通道接受其它含水层地下水的补给。区内该含水层一般埋藏较深，地下水径流相对缓慢。根据区域资料，该含水层在水文地质单元中为径流滞缓带。

1.4工程地质特征

1.4.13号煤层顶底板

3号煤层直接顶板为黑色中砂岩及粉砂岩，厚6m左右，泥质胶结，含白云母及植物化石，层理发育。局部地段有砂质泥岩伪顶，厚0.3m左右，抗压强度为15.9～40.8kg/cm2；基本顶为中粗粒石英砂岩，钙质胶结，抗压强度为43.7kg/cm2，坚硬致密，赋存稳定。

3号煤层伪底为砂质泥岩，厚1.85m，抗压强度为16.5kg/cm2；直接底板为灰黑色砂质泥岩，厚12m左右，赋存稳定，局部含较厚细粒砂岩，岩相变化较大，抗压强度为26.2kg/cm2，稳定性较差；基本底为细粒砂岩，厚2.25m，抗压强度为54.6kg/cm2，稳定性较好。

1.4.215号煤层顶底板

15号煤层伪顶为砂质泥岩，厚1.65m，抗压强度为28.9kg/cm2；直接顶板为深灰色黑色泥岩，厚7m左右，含黄铁矿和菱铁矿结核，局部相变为粉砂岩和细粒砂岩，抗压强度为4.4kg/cm2；基本顶为K2灰岩，厚9m左右，岩石致密，夹燧石结核和团块，富含动物化石，抗压强度为36.7～58.6kg/cm2，坚硬致密，赋存稳定。

15号煤层直接底板为灰黑色砂质泥岩，厚9m左右，赋存稳定，局部含粉砂岩、细砂岩较高，抗压强度为16.4kg/cm2，稳定性较差。

2　煤层特征

本井田含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，含煤地层总厚158.40～186.10m，平均为172.66m，共含煤18层。

2.1含煤性

太原组为一套海陆交互相含煤地层，地层厚度为101.50～129.60m，平均厚116.44m，含煤15层，分别为5、6、7、8-1、8-2、9上、9、11、12、13、14、15-1、15-2、15-3、16号，煤层总厚4.06～9.84m，平均总厚6.48m，含煤系数为5.6%；可采煤层总厚0～6.71m，平均为2.92m，含煤系数为2.5%。其中15-3号煤层为结构简单、稳定可采煤层，15-1号煤层为局部可采煤层，15-2号煤层仅见个别可采点，其它煤层为不稳定或不可采煤层。

山西组为一套陆相含煤地层，地层厚度为48.80～69.20m，平均厚56.84m，含煤3层，分别为1、2、3号，煤层总厚4.39～7.68m，平均总厚6.08m，含煤系数为10.7%；可采煤层总厚4.39～7.23m，平均为5.74m，含煤系数为10.1%。其中3号煤层位于山西组中下部，厚度较大，含0～2层夹矸，结构简单，是本井田主要可采煤层，其顶板为砂岩、砂质泥岩及泥岩；底板为细砂岩，有时为砂质泥岩、泥岩。其余煤层不稳定，为不可采煤层。

2.2可采煤层

井田内可采煤层为山西组3号煤层和太原组15-1、15-3号煤层，现根据本井田揭露的地质资料，结合相邻矿井地质资料，将井田内可采的3、15-1、15-3号煤层分述如下：

3号煤层位于山西组中下部，下距可采煤层15-3号间距110m左右，属全区稳定可采煤层。煤层厚2.47～6.34m，平均5.34m；纯煤厚度2.22～6.15m，平均5.11m；含0～2层泥岩夹矸，夹矸厚0.05～0.40m，煤层结构简单；在个别钻孔中见3上煤层，厚1.84～2.48m，平均2.15m，为3号煤层的分叉煤层，分叉线位于井田西北部，分叉后上、下煤层均变薄。煤层顶板为砂质泥岩、泥岩，局部为砂岩，底板为砂质泥岩、粉砂岩或砂岩。

15-1号煤层位于太原组下段中上部，煤层厚0～1.42m，平均0.76m。煤层结构简单，一般不含夹矸。在井田中东部可采，井田西南部不可采，顶、底板均为泥岩砂质泥岩，为较稳定的局部可采煤层。

15-3号煤层位于太原组下段中下部，煤层厚0.50～2.97m，平均1.59m，纯煤厚度0～2.36m，平均1.40m；煤层结构简单，含0～1层泥岩夹矸。煤层厚度稳定，全井田大部可采。煤层顶、底板均为泥岩。属稳定型煤层。

3　结论

井田总体呈走向北北东、倾向北西的单斜构造，地层平缓，发育宽缓的褶曲构造2个，断层2条，未发现陷落柱和岩浆岩存在，总体地质构造复杂程度属简单类型。

井田内除第四系松散孔隙含水层局部及二叠系上统石千峰组、上石盒子组碎屑裂隙含水层为中富水性，其余影响3、15号煤层开采的含水层均为弱富水性含水层。3号煤层底板标高高于奥灰水位标高，正常地段一般不会引起底板奥灰水突水，15号煤层奥灰底板突水系数在0.071～0.450MPa/m之间，大部分存在底板突水危险。因此，3号煤层水文地质勘查类型属第二类第一型，即水文地质条件简单的以碎屑岩裂隙含水层为主的矿床；15号煤层水文地质勘查类型属第三类第二亚类第三型，即水文地质条件复杂的底板进水为主的碳酸盐类岩溶充水矿床。

根据煤层顶底板的工程地质特征，3号、15号煤层工程地质勘查类型均划分为第三类中等型，即层状岩类，以碎屑岩、碳酸盐岩为主的岩类。层状结构，岩体各向异性，强度变化大。岩体稳定性主要取决于层间软弱面、构造破碎及岩体风化程度。地层岩性较复杂，地质构造发育，岩体中等完整，局部地段易发生矿山工程地质问题。

井田内可采煤层为山西组3号煤层和太原组15-1、15-3号煤层。3号煤层为全区稳定可采煤层，15-1号煤层为较稳定的局部可采煤层，15-3号煤层为稳定大部可采煤层，其它煤层均为不稳定不可采或零星可采煤层。

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