贵州水城长银煤矿地质特征及开采技术条件评价

铁永洪

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局五总队，贵州安顺561000）

煤炭是我国重要的能源矿产，在国民经济发展中具有举足轻重的作用，由于我国经济的快速发展，对煤炭资源的需求量也日益增大，部分煤矿山可采资源已接近枯绝，为了满足经济建设的需求，加强矿山外围及深部找矿工作势在必行。长银煤矿位于贵州省水城县蟠龙镇及陡箐镇，距水城县城35km，距蟠龙镇11km，距陡箐镇8km，其周边有公路、铁路相接，交通便利。

1 区域地质概况

井田大地构造位置处于扬子准地台黔北台隆六盘水断陷威宁北西向构造变形区内[1]，区域出露地层主要为石炭系、二叠系，其岩石组合以碳酸盐岩为主，其次为碎屑岩沉积建造，中二叠统峨眉山玄武岩组则为一套大陆溢流拉斑玄武岩。区域构造以褶皱及断裂发育为特征，主要褶皱有三丈水背斜、盘龙向斜、小河边向斜、土地垭向斜、大河边向斜、中营向斜，断裂主要有水城断裂带等。矿区处于三丈水背斜北段西翼，地层倒转，产状陡立。

区域内矿产主要为煤，其次有铅锌矿、硫铁矿、石灰岩矿；此外局部地区还产褐铁矿、高岭土、钒矿、磷矿等矿产。煤矿为区域内重要矿产资源，主要赋存在二叠系龙潭组地层中，分布广，层数较多，主要煤层层位稳定，厚度较大，具有较大的工业价值。

2 煤矿地质特征

2.1 井田地质概况

井田内出露地层，由老至新主要有茅口组（P2m）、峨嵋山玄武岩组（P3β）、龙潭组（P3l）、长兴组（P3c）、飞仙关组（T1f）、永宁镇组（T1yn）、关岭组（T2g）、第四系（Q）。井田位于三丈水背斜北段西翼，井田范围内地层均发生倒转；井田范围内及附近主要有南北向、北西向、东西向断层，此外，井田内还发育有断距小于5m的多条断裂。

2.2 含煤地层特征

本区含煤地层为二叠系上统龙潭组（P3l），为一套海陆交互相含煤沉积地层，主要出露于井田中部，岩性由灰色、黄灰色、紫灰色或浅灰色薄层状至中层状细砂岩、粉砂岩、泥灰岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩及煤层组成，夹薄层高岭石泥岩。在同一煤沉积旋回中，各岩性粒度普遍为渐变关系，由粗到细，或由细到粗，在横向上相变明显，由北向南逐渐变厚；垂向上正粒序层理或逆粒序层理。含煤地层与下伏地层呈假整合接触，含煤层11~43层，一般25层，煤层平均总厚21.50m；含可采煤层7层（C14、C15、C16、C17、C18、C19、C29号），可采煤层总厚为15.58m。

含煤地层厚240.10~311.28m，平均289.60m，厚度较稳定；总体上，井田内含煤地层厚度从北向南逐渐变厚。据《贵州煤田地质》[1-2]，因井田地层位于六盘水小区，处于特定的古地理位置（上、下三角洲平原过渡地带），属海陆过渡相沉积，受沉积环境影响，井田内含煤地层厚度从北向南逐渐变厚。据各钻孔揭露资料显示，井田内在横向上岩相变化不大，垂向上海进海退沉积旋回明显，表现为多个灰岩—砂岩—泥岩—煤沉积聚煤旋回。

2.3 煤质特征

2.3.1 煤的物理性质

井田内煤层为黑色，粉状、碎块状，以半亮—半暗型煤为主，少量暗煤。中—高硫煤中均含有黄铁矿，以片状、团块状、散星状及薄层状存在。同一煤层中半暗煤较坚硬，半亮煤性脆。

根据煤岩鉴定结果，煤的显微组分分为有机组分和无机组分两类，有机组分又可分为镜质组、惰质组及壳质组；无机组分以氧化物类为主，碳酸盐类和硫化物类矿物次之，含少量粘土类。其中，镜质组以均质镜质体、基质镜质体为主，另有少量碎屑镜质体出现于粘土基质中；可采煤层镜质组含量为21.1%~56.3%，平均为41.33%。惰质组为次要组分，以半丝质体为主，丝质体和碎屑惰质体次之，丝质体胞腔中充填有粘土矿物；可采煤层惰质组含量为3.5%~14.9%，平均为7.63%。壳质组为次要组分，以角质体和树脂体为主，碎屑壳质体次之；后者大量出现在基质镜质体和基质粘土中；可采煤层壳质组含量为3.5%~18.6%，平均为10.56%。

井田内可采煤层无机组分均主要以粘土矿物为主，黄铁矿次之，部分方解石，少量石英零星分布。其中，粘土矿物的基质状粘土与其他显微组分共生现象极为普遍，大部分分布于基质镜质体呈显微层状出现部分则充填与细胞腔中，呈团块状、透镜状、细条带状粘土矿物次之；粘土夹矸普遍存在。硫化物组以片状团块状黄铁矿为主，星点状微粒状、充填裂隙状和充填胞腔状黄铁矿次之。

镜煤最大反射率最大为1.21%，最小为1.08%，变质阶段为Ⅴ阶段，全区煤层镜质组最大反射率随埋藏深度的增加而增大，显示了煤的变质程度随埋藏深度的增加而增强。

2.3.2 煤的化学性质

井田内煤层原煤水分含量介于0.11%~12.76%，水分总体变化不大,均属特低水分煤。原煤灰分为5.52%~39.66%，浮煤灰分为6.55%~37.2%，各煤层灰分变化不大,均属特低灰分煤。依据《煤炭质量分级分》（GB/T15224.1-2010），井田内各层煤灰分产率的统计结果说明该井田内主要可采煤层的灰分稳定，反映主要可采煤层无机矿物质含量稳定，为动力用煤中灰煤(MA)。

井田原煤挥发分为11.36%~39.27%，平均值为24.04%；浮煤挥发分为11.22%~34.23%，平均值为25.73%，各煤层挥发分有一定的变化，但主采煤层浮煤挥发分的平均含量均大于20.00%~28.00%，属中等挥发分煤(MV)。井田各煤层固定碳有一定变化，其中，C16煤层浮煤固定碳的平均含量均大于65.00%~75.00%，其他煤层浮煤固定碳的平均含量均大于55.00%~65.00%，根据相关规范,该井田内除C16煤为中高固定碳煤(MHFC)，其他煤层均为中等固定碳煤

(MFC)。

根据井田原煤化学分析结果，除C14、C15煤层为中硫煤，其他煤层均为中高硫煤。区内主要可采煤层原煤各种硫主要以黄铁矿硫形式存在，其次为有机硫，硫酸盐硫含量较少，全硫（St,d）含量平均为1.65%，硫化铁硫（Sp,d）含量平均为1.23%，硫酸盐硫（Ss,d）含量平均为0.12%，有机硫（So,d）含量平均为0.41%。这表明原煤中的硫主要是以无机硫化铁硫的形态存在，占总硫分的75%，有机硫只占总硫分的22%。综上，区内各可采煤层硫分可通过洗选进行降低。

井田中原煤磷（P）含量为0.011%~0.02%，平均为0.017%。根据相关标准的规定，井田可采煤层均为低磷分煤（P-2）。井田原煤砷（As）含量为4~8ppm，平均含量为5ppm；除C18、C29煤层为二级含砷煤（ⅡAs），其他可采煤层为一级含砷煤（ⅠAs）。原煤氟（F）含量为58~101ppm，平均含量为80ppm；除C15、C16、C29煤层均低氟煤(LF)，其他可采煤层均为特低氟煤(SLF)。原煤氯（Cl）含量为0.018%~0.02%，平均为0.019%；全区可采煤层均属于特低氯煤（Cl-1）。

井田内各煤层原煤锗（Ge）含量为1~7μg/g，平均为1μg/g。各煤层中原煤镓(Ga)含量两极值变化在0~25μg/g之间。各煤层中原煤镓(Ga)、锗(Ge)含量均未达到工业品位要求(镓30μg/g、锗20μg/g)。

3 煤的开采技术条件分析

3.1 水文地质条件

井田属剥蚀中山—沟谷地貌，受主要构造影响，山体与主要构造方向基本一致，导致区内山体呈近南北展布，形成东西两边高、中间低的沟谷地形特点。井田含煤系地层直接和间接充水含水层有第四系(Q)、飞仙关组（T1f）、长兴组（P3c）、龙潭组（P3l）、峨嵋山玄武岩组（P3β）及茅口组（P2m）、栖霞组（P2q）地下水类型为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和碳酸岩类岩溶水。

研究区内地下水均以大气降水补给为主，大气降水在茅口组、栖霞组碳酸盐岩地层中，通过浅表岩溶裂隙，部分赋存在其中。岩层中地下水部分下渗补给下部峨眉山组玄武岩地层，大部分通过径流以岩溶泉或暗河等形式排泄于区外河谷中。大气降水于峨眉山组玄武岩、龙潭组地层中，少部分降水通过风化裂隙和构造裂隙补给地下水，大部分形成地表径流，汇入雾龙河；峨眉山组玄武岩、龙潭组地层中的地下水均于井田外南部以泉形式排泄。综合区内各期勘探钻孔实测静止水位，井田内地下水水位总体情况为北高、南低，与地形的整体形态以及主要河流流向一致。

根据钻孔施工情况，上述断层导水性弱或不导水，但煤层开采后可能引发断层破碎带裂隙及其连通性增强，会大大增加断层的导水性，所以煤矿生产过程中对断层带导水引起重视。

3.2 工程地质条件

根据区内岩性特征，各岩土工程地质岩组可划分为坚硬岩组、半坚硬岩组、软弱岩组及松散岩组三类。其中，坚硬岩组主要为灰岩、结核灰岩、玄武岩；半坚硬岩组主要为不纯的碳酸盐岩及砂岩等；软弱岩组主要为泥岩类；松散岩组主要为第四系残积、坡积土及古滑坡堆积体。

研究区内断距大于30m的断层有2条，以近倾向正断层为主，倾向南西或北东。断层带多被充填，深部被方解石薄膜充填，断层的发育使岩石力学强度降低并破坏岩体完整性，导致岩体稳定性变差。此外，区内发育较多节理裂隙、层理结构面，主要发育于泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩中，使岩体内部结合力降低。由于这些结构面的存在，岩体的力学强度降低，当巷道穿过这些部位时容易冒顶、片帮、突泥等，对巷道掘进、支护、煤层开采造成很大影响。

3.3 其他开采技术条件

（1）瓦斯。区内可采煤层的甲烷（含重烃）含量为0.41~62.14mL/(g.r)，平均含量为15.22mL/(g.r)。根据测试成果及相关规范，区内各可采煤层暂时不确定为突出煤层。但由于研究程度较浅，故建议该煤矿在开采未进行瓦斯突出鉴定的煤层和开采在鉴定的标高在以外的煤层之前先进行瓦斯突出鉴定。

（2）煤尘爆炸性及煤的自燃倾向。根据前人及本次研究成果，研究区内C14、C15、C16、C17、C18、C19、C29煤层的煤尘爆炸性试验结果表明，井田范围内的煤层均有煤尘爆炸性危险。此外，煤层自燃倾向性等级试验结果显示，煤吸氧量0.43~0.82cm3/g，所有煤层都属自燃煤层。

4 结论

（1）长银煤矿含煤地层为龙潭组（P3l），含煤层11~43层，一般25层，煤层平均总厚21.50m；含可采煤层7层，可采煤层总厚为15.58m。

（2）研究成果表明，长银煤矿煤层属动力用煤中灰煤(MA)；该井田内除C16煤为中高固定碳煤(MHFC)，其他煤层均为中等固定碳煤(MFC)；原煤中的硫主要是以无机硫化铁硫的形态存在；区内可采煤层均属于特低氯煤（Cl-1）；除C29煤层为中发热量煤(MQ)，其他煤层均属于中高发热量煤(MHQ)；井田煤层对二氧化碳还原率较低，属于弱还原性煤。

（3）长银煤矿水文地质条件及工程地质条件中等，各煤层均有煤尘爆炸性危险，且所有煤层均为自燃煤层。