潘西煤矿二叠系下统山西组3煤层赋存特征研究

倪 萌

（山东省莱芜市万祥矿业有限公司潘西煤矿，山东 莱芜 271107）

1 潘西井田地质构造

区内共有大中型断层23条，其中落差大于100m的5条，落差50～100m的5条，落差20～50m的9条，落差15～20m的4条。主要发育NW向、NE向、近EW向、近SN向四组，多数断层北盘上升，南盘下降。矿区边界F颜、F付、F秦、F6断层为高角度正断层，井田内以低角度正断层为主，逆断层少见。见图1。

2 矿井含煤地层概况

潘西井田含煤地层为华北石炭二叠系海陆交互相及陆相沉积，沉积环境由中石炭系的海陆交互相逐渐过渡到二叠系的陆相沉积，含煤地层总厚度320m左右，共含煤20层，含煤总厚度12.14m，含煤系数3.8%。山西组和太原组是本工作区主要含煤地层，地层总厚度约290.59m，共含煤20层，含煤总厚度12.04m，含煤系数4.2%。其中太原组含煤13层 (8～20煤层 )，山西组含煤 7层 (1～7煤层 )。主要可采煤层4层(3、4、7、19煤层)，可采煤层平均总厚度5.05m，可采含煤系数1.8%。煤系地层中标志层明显且稳定，煤层对比可靠。

3 二叠系下统山西组含煤地层特征

厚度114.42～148.34m，平均129.90m。以灰色中细砂岩和深灰色粉砂岩为主，夹少量泥岩、砂岩、砂质页岩和粉砂岩，为纯陆相沉积。砂岩中炭质、菱铁质点定向排列，多为泥质胶结，斜层理发育。

4 3煤层结构、赋存特征及规律

4.1 3煤层地质构造形态及产状特性

矿井基本构造形态属简单的单斜构造，3煤层倾角28°～35°，平均倾角为29°，局部地段受断层影响变陡或变缓。

顶板为深灰色粉砂岩或浅灰色细砂岩，厚度0.91～8.74m，平均4.50m，老顶为灰白色中砂岩，厚度2.30～20.98m，平均15m，东部厚西部薄，坚硬，稳固，不易冒落。

底板为深灰色粉砂岩或粘土岩，厚度0.30～5.28m，平均4.00m，个别为中砂岩。

矿井西翼前六采区揭露3煤层揭露煤厚0.03～3.88m（纯煤厚度），平均煤厚2.0m，无分层现象。

回采巷道实际揭露情况分析，煤层煤厚0.1～2.9m，平均煤厚1.6m，工作面3煤层局部分层为2层（煤3-1、煤3-2），层间距0.4～1.7m，煤层赋存状态不稳定。煤层走向105～120°，倾向15～30°，倾角23～35°，平均倾角25°。地质构造形态简单，构造以断层为主，受断层影响造成3煤层顶板破碎、煤层断失和变薄。

表1 前六采区3煤层特征一览表

4.2 3煤层褶曲变动情况

矿井东翼前七、前九采区3煤层走向105°～135°，西翼前六采区3煤层走向110°～120°，煤层走向产状未发现较大幅度变化。

5 3煤层煤层厚度变化原因及赋存变化特征

5.1 3煤层煤层厚度的原生变化特征

5.1.1 地壳不均衡沉降导致煤层厚度变化情况

由于地壳不均衡沉降，导致3煤层分叉，具体表现为：煤层层数增多，厚度变薄；分叉煤层顶底板岩性变化大。

5.1.2 泥炭沼泽基底不平导致煤层呈现底凸薄化现象

矿井西翼前六采区开拓及回采期间揭露煤层异常区域表现为：煤层顶平，底不平；煤层变薄方向为底板凸起的方向，厚度逐渐变薄。例如6301东面上、下巷走向长度共计1495m，揭露煤层异常区（底凸薄化）长度564m，影响范围面积约为30142m2，煤层异常区域揭露最小煤厚为0.03m。

图2 6301东上巷煤层厚度变化情况素描图

5.2 3煤层厚度的后生变化特征

5.2.1 构造作用导致3煤层厚度变化情况

由于受构造作用影响，导致煤层顶底板不完整，煤层顶底板呈现协调或不协调褶皱、脆性或弹塑性断裂，煤、岩层产状变化大，顶底板错断压入煤层，6301运输巷揭露一东北倾向正断层，受断层影响导致巷道3煤层厚度发生极大变化，断层上盘揭露煤厚0.5m，下盘揭露煤厚3.88m。

图3 6301东运输巷煤层变化素描图

5.2.2 岩浆岩活动对3煤层影响程度

井田内岩浆岩活动比较强烈，主要呈岩床侵入到侏罗系红色砂岩和古近系地层中，在石炭二叠系煤系地层中，多沿3煤层顶、底板和一灰顶底板侵入。

前六采区开拓及回采过程中未揭露岩浆岩侵蚀现象。本井田3煤层局部受岩浆岩侵蚀，有的靠近岩浆岩处煤层变为天然焦，灰分升高。岩浆岩的侵入，给矿井采掘工程造成很大困难，有些地方放不出正规工作面，有的放出工作面也无法开采，严重影响生产，并使矿井资源储量中地质损失增加。

6 3煤层顶（底）板赋存特征及规律

根据以往矿井开采3煤层顶底板情况分析：由于前组煤为陆相沉积，沉积环境近似，3煤层顶底板岩性差别较大，且无明显标志层。矿井西翼前六采区开拓期间石门及大巷揭露3煤层直接顶为灰色细砂岩（厚度4.5m），底板为灰色粉砂岩（厚度3.7m），6301工作面方出后揭露3煤层顶板为灰色粉砂岩（厚度1.9～3.7m），总结矿井开采3煤层顶（底）板赋存情况：3煤层顶（底）板岩性变化较大，无明显标志层（图5）。

图4 932切眼实测地质素描图

图5 前六、前七、前九采区3煤层煤岩层对比图

7 3煤层煤质分析

7.1 物理性质及煤岩特征

3煤层：黑色，条痕褐色，容重1.31，坚硬，块状，断口平坦，呈树脂光泽，层理、节理发育，以半亮煤和暗煤为主，属半亮型煤。

7.2 化学性质

3煤层工业分析指标特征详见3煤层化学性质一览表（表2）。

表2 3煤层化学性质一览表

7.3 煤种及变化特征

煤类的划分是根据《中国煤炭分类》（GB5751-2009），采用1.4比重液选出的精煤可燃基挥发份含量Vdaf，粘结指数GR•I，胶质层厚度Y和奥亚膨胀度b四种参数来确定。根据以上标准，勘查区内的煤类应为焦煤或者1/3焦煤。但根据潘西煤矿生产煤层样，可采煤层中3煤层为气煤。

7.4 煤的用途

7.4.1 炼焦配煤

3煤层为低～中灰、低～中硫、低磷的气煤，煤层黏结性能好，浮煤可用作炼焦配煤。

7.4.2 动力用煤、民用煤

3煤层的灰分、硫分、挥发分、发热量等指标均符合火力发电厂固态除渣煤粉锅炉用煤要求，3煤层由于发热量高而稳定，也是良好的动力用煤和民用煤。

7.4.3 制造水煤浆

3煤层原煤经过洗选加工提高了煤炭产品的质量，又能以洗精煤泥为原料制水煤浆。

8 原地质勘探及开拓期间工程控制程度对比分析

原勘查前六采区设计开采面积约为1908558m2，区内勘探钻孔有6个，根据钻孔实际揭露煤厚情况来看，煤层变化较大，可靠程度较低；区内北部90-2#孔、南部204#孔揭露3煤层有分层现象，煤3-1厚度0.61～0.67m，煤3-2厚度0.26～0.44m，采区煤厚在0.25～1.6m，区内最大煤层厚度为1.6m，平均1.2m。

但实际前六采区掘进及回采期间揭露煤层厚度0.03～3.88m，区内最大煤层厚度为3.88m，与原勘探情况、地质报告叙述3煤层煤层厚度相差较大。

总结矿井3煤层煤层结构复杂，煤层赋存状态不稳定，煤层厚度变化较大，采区布置宜采用双翼布置，减少因赋存状态不稳定造成的损失，保证矿井的正常接续。

9 结语

本文分析、论证了潘西煤矿井田煤系地层二叠系下统山西组3煤层的地质构造形态、煤层厚度变化及变化原因、煤层顶（底）板岩性特征及赋存规律、煤质、采堪控制程度对比等地质特征，为潘西煤矿前组煤六采区的生产开拓布局提供基础数据，为矿井3煤层开采提供更具指导性的技术基础数据，减少不必要的巷道投入，减少因赋存状态不稳定造成的损失，确保实现矿井安全、接续正常、效益最大化。