山西省沁水煤田固县井田主要可采煤层及煤质特征分析

张 瑞 胜

(山西省煤炭地质114勘查院，山西 长治 046011)



山西省沁水煤田固县井田主要可采煤层及煤质特征分析

张 瑞 胜

(山西省煤炭地质114勘查院，山西 长治 046011)

以大量钻孔成果数据为基础，通过钻探取芯、数字测井等手段对井田范围内主要可采的3号、15号煤层在横向平面上的厚度变化规律进行了分析研究，并利用煤质化验数据及测井曲线相对比的方式对15号煤层在垂向上的煤质特征变化规律进行了研究，结果表明：3号煤层全区稳定可采，为低灰、特低硫、高发热量之无烟煤，15号煤层全区稳定可采，为低灰、高硫、高发热量之无烟煤。

煤田，井田，可采煤层，煤质特征

1 井田概况

固县井田位于山西省南部沁水县境内的固县乡一带，行政隶属分别归柿庄镇、固县乡、端氏镇、胡底乡所辖。井田总体形态近一正方形，面积约120 km2。

山西省地处华北古板块内部，属于典型的板内构造。华北断块区吕梁—太行断块沁水坳陷东与太行山隆起相接，西以霍山隆起为界，其北为五台山隆起带，南与中条山隆起带毗邻。晋城矿区位于沁水坳陷东部次级构造单元沁水复式向斜南段，主体在晋(城)—获(鹿)断裂带的西侧。固县井田位于晋城矿区的中部(见图1)。

2 地质工作

1991年—2015年，井田内先后进行了煤炭普查、详查、勘探地质工作，井田内及边界外围总计施工探煤钻孔96个，累计钻探进尺79 000余米，测井实测米78 500余米。按照MT/T 1042—2007煤炭地质勘查钻孔质量标准验收，钻探全孔质量评级甲级孔63个，乙级孔26个，丙级孔7个；测井全孔质量评级甲级孔95个，乙级孔1个；全孔综合评级甲级孔60个，乙级孔29个，丙级孔7个，甲级孔率63%，甲、乙级孔率达93%。

在煤层质量方面：勘查施工的96个钻孔共见可采煤层220层，其中钻探优质层165层,合格层50层，不合格层5层；测井优质层220层。综合评级优质层165层，合格层50层，不合格层5层。其中，3号煤层优质层61层，合格层13层；15号煤层优质层72层，合格层20层；15下煤层优质层6层，合格层3层。

综上所述，井田内及周边钻孔及煤层质量可靠。

3 含煤地层

本井田含煤地层主要为石炭～二叠系含煤地层，煤层主要分布于二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，含煤地层总厚平均145.79 m。共含煤层10层～19层，一般15层，煤层总厚平均为11.96 m，含煤系数为8.20%；其中含全区可采煤层2层(3号，15号)，可采煤层总厚平均为9.37 m,可采含煤系数6.43%。

3.1 山西组(P1s)

地层总厚度41.52 m～65.85 m，平均51.06 m。一般含煤3层，自上而下编号为1号,2号,3号，煤层平均总厚6.58 m，含煤系数12.89%，可采含煤系数12.34%。其中3号煤层位于本组下部，厚度大且稳定，全区可采；1号,2号煤层分别位于本组的中部和顶部，均不可采。

3.2 太原组(C3t)

地层总厚度78.62 m～116.80 m，平均94.74 m。含煤11层，自上而下编号的有5号,7号,8-1号,8-2上号,8-2号,9号,11号,12号,13号,15号,16号，煤层总厚平均5.21 m，含煤系数为5.50%，可采含煤系数3.56%。其中位于本组一段顶部的15号煤层，煤层稳定，全区可采；15号煤层的分叉煤层15下及16号煤层分别在井田的中部及中东部零星可采，其余煤层均不可采。

4 可采煤层特征

4.1 3号煤层

位于山西组的下部，上距K8砂岩平均40.01 m；下距K7砂岩平均8.91 m。下距15号煤层平均89.80 m。煤层厚平均6.30 m，一般含1层距底板1.24 m左右较稳定的平均0.28 m厚的泥岩夹矸。纯煤厚平均6.02 m。煤层结构简单，其煤厚变异系数Cr=11,为全区稳定可采煤层。煤层总体为自西北至东南相对较厚，西南、东北及东部边界处相对较薄。

煤层顶板为砂质泥岩、细粒砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩。

该煤层属稳定型，为本井田主要可采煤层之一。控制及研究程度均较高。

4.2 15号煤层

位于太原组下段的顶部，上距可采3号煤层平均89.80 m。K2石灰岩为其直接顶板。煤层厚平均3.03 m，局部含1层～2层泥岩夹矸，夹矸厚平均0.25 m。纯煤厚平均2.78 m。煤层结构简单，为全区稳定可采煤层。煤层总体为东北部和西南部厚，东南部较薄，分部呈北西、南东向条带，该带煤层变薄，分叉出15下煤层。15下煤层上距15号煤层平均1.80 m，煤层厚平均0.74 m，结构简单，11个钻孔见可采点，可采系数约50%，属零星可采煤层。

15号煤层顶板为石灰岩，局部含泥岩伪顶；底板为铝质泥岩、泥岩、砂质泥岩。

该煤层属稳定型，是本区内主要可采煤层之一。控制及研究程度均较高。

5 煤质特征

5.1 3号煤层

原煤水分(Mad)平均为1.84%，浮煤水分(Mad)平均为1.05%。原煤灰分(Ad)平均为16.12%，为低灰煤；总体以低灰煤为主，中灰及中高灰煤在井田内零星分布。原煤挥发分(Vdaf)平均为8.63%，浮煤挥发分(Vdaf)平均为6.86%，为特低挥发分煤。原煤硫分(St,d)平均为0.40%，为特低硫煤，以特低硫煤为主，低硫及中硫煤在井田内零星；浮煤硫分(St,d)平均为0.38%。原煤干基高位发热量(Qgr,d)平均为29.320 MJ/kg，属高发热量煤；浮煤干基高位发热量(Qgr,d)平均为32.419 MJ/kg。

3号煤层为低灰、特低硫、高发热量之无烟煤。可作为动力用煤、气化用煤、合成氨用煤和民用煤；经浮选后平均灰分降为7.49%，全硫含量平均为0.38%，也可作为高炉喷吹用煤；用途广泛。

5.2 15号煤层

5.2.1 总体特征

原煤水分(Mad)平均为1.84%，浮煤水分(Mad)平均为0.98%。原煤灰分(Ad)平均为19.89%，为低灰煤；以低灰煤为主，中灰煤分布在井田中、西部附近，中高灰煤分布在井田中西部零星分布；浮煤灰分(Ad)平均为5.87%。原煤挥发分(Vdaf)平均为9.14%；浮煤挥发分(Vdaf)平均为6.20%，为特低挥发分之无烟煤。原煤硫分(St,d)平均为3.65%，为高硫煤。以高硫煤为主，中硫煤、中高硫煤在井田内零散分布；浮煤硫分(St,d)平均为2.79%。根据各种硫测试结果，15号煤层以硫化物硫为主，其次为有机硫。洗选后煤中硫分含量大幅度降低。原煤干基高位发热量(Qgr,d)平均为27.259 MJ/kg，属高发热量煤；浮煤干基高位发热量(Qgr,d)平均为32.447 MJ/kg。

15号煤层为低灰、高硫、高发热量之无烟煤。经洗选后可作为动力用煤、民用煤。

5.2.2 垂向变化分析

井田内15号煤层因平均厚度为3.03 m，其中只有22个钻孔进行了上下分层采送样化验，因此，本次对这22个钻孔上下分煤层煤质化验成果进行了详细统计，统计项目主要有：原浮煤灰分、原浮煤硫分、原浮煤低位发热量、原浮煤固定碳、夹矸及底板硫分等(见表1)。

表1 15号煤层煤质特征分层统计表

上分层：原煤灰分(Ad)为10.64%～35.26%，平均为19.01%；浮煤灰分(Ad)为4.16%～8.94%，平均为5.90%。原煤硫分(St,d)为2.48%～7.12%，平均为3.94%；浮煤硫分(St,d)为1.96%～4.39%，平均为3.21%。原煤干基低位发热量(Qnet,d)为21.16 MJ/kg～31.21 MJ/kg，平均为27.26 MJ/kg；浮煤干基低位发热量(Qnet,d)为31.44 MJ/kg～33.36 MJ/kg，平均为32.43 MJ/kg。原煤固定碳(FCd)含量为54.46%～83.20%,平均为73.03%；浮煤固定碳(FCd)含量为84.70%～90.20%，平均为88.53%。夹矸全硫(St,d)含量为0.65%～7.61%，平均为3.40%。

下分层：原煤灰分(Ad)为11.11%～38.69%，平均为21.68%；浮煤灰分(Ad)为4.01%～10.50%，平均为6.86%。原煤硫分(St,d)为1.72%～9.76%，平均为4.07%；浮煤硫分(St,d)为1.87%～4.69%，平均为3.32%。原煤干基低位发热量(Qnet,d)为19.64 MJ/kg～30.12 MJ/kg，平均为26.44 MJ/kg；浮煤干基低位发热量(Qnet,d)为30.73 MJ/kg～32.57 MJ/kg，平均为31.79 MJ/kg。原煤固定碳(FCd)含量为50.75%～82.80%,平均为71.68%；浮煤固定碳(FCd)含量为81.84%～90.29%，平均为87.44%。夹矸全硫(St,d)含量为1.05%～12.16%，平均为3.87%。

底板全硫(St,d)含量为0.22%～12.70%，平均为4.24%。

由以上统计结果可知，15号煤层在纵向上自上而下灰分及硫分逐渐增大，低位发热量及固定碳含量逐渐减小；15号煤层夹矸到底板全硫含量自上而下逐渐增大。

6 结语

本文以井田内所施工钻孔的钻探取芯、数字测井及煤质化验等数据资料为基础，研究分析了主要可采的3号,15号煤层在横向平面上的可采性及煤层厚度变化的规律性；利用煤质化验数据及测井曲线对比成果研究分析了15号煤层在垂向上煤质特征的变化规律。通过研究分析得出以下结论：

1)山西组的3号煤层为结构简单的全区稳定可采煤层，为低灰、特低硫、高发热量之无烟煤；可作为动力用煤、气化用煤、合成氨用煤和民用煤，经浮选后可作为高炉喷吹用煤；用途广泛，潜在开发价值巨大。

2)太原组的15号煤层为结构简单的全区稳定可采煤层，为低灰、高硫、高发热量之无烟煤；经洗选后煤中硫分含量大幅度降低，可作为动力用煤、民用煤。

3)15号煤层在纵向上自上而下灰分及硫分逐渐增大，发热量及固定碳含量逐渐减小；15号煤层夹矸到底板全硫含量自上而下逐渐增大。

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Analysis on coal seam and coal quality of the main recoverable coal seam in Guxian mine of Qinshui coal field in Shanxi

Zhang Ruisheng

(ShanxiCoalGeologicalProspectingInstitute114，Changzhi046011,China)

On the basis of a lot of achievements in research and drilling data, by coring drilling, by means of three digital logging, the thickness of 15 # coal seam in horizontal plane change regularity was analyzed, and use of coal quality analysis data and well logging curve comparison results of 15 # coal seam in vertical variety patterns of coal quality characteristics are analyzed. The result shows: 3 # coal seam in the stable recoverable, as low ash, low sulfur, high calorific value of anthracite coal, 15 # coal seam in the stable recoverable, low ash, high sulfur, high calorific value of anthracite coal.

coal field, mining field, recoverable coal seam, coal quality features

1009-6825(2017)15-0058-03

2017-03-09

张瑞胜(1982- )，男，工程师

P624

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