新疆哈尔交煤矿东部煤层地质综合特征分析

柳顺彬

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第九地质大队）

煤炭是我国的重要能源，在国民的经济发展中占有重要地位。为合理开发煤炭资源，首先要对煤炭地质特征有比较清晰的了解［1-6］。新疆哈尔交煤矿含煤段与一般的沉积岩侏罗系聚煤盆地不同，这是由一套火山喷发和沉积相间的岩系组成，含煤地层是一套陆相的中酸性火山岩夹正常碎屑岩沉积。因此，积极开展“三边”工作，结合勘查区的具体特征，完成各项勘探工作任务，对于了解该类煤层特征具有重要意义。

1 工程概况

1.1 位置与交通

勘查区位于新疆吉木乃县东南60 km处。中心地理坐标：东经86°32′41″，北纬47°12′44″（北京54）。勘查区东西长约13 km，南北宽约5.70 km，勘查区面积为55.61 km2。区内除南部、西部有少量低山难以通行外，其它大部分区域略加修整即可通行。勘查区交通总体上较便利。

1.2 自然地理与经济状况

勘查区属北温带大陆性寒冷气候。据吉木乃县气象局1982—2011年近30 a的气象资料，地面平均温度为6.7℃（表1），年总降水量最小为130.8 mm，最大为345.2 mm，年平均降雨量为223 mm，年均小型蒸发观测值蒸发量为2 066.2 mm。夏季有阵雨和暴雨，冬季降雪不大，年最小积雪厚度为11 cm，年最大积雪厚度为75 cm。年最小冻土深度为88 cm，年最大冻土深度为195 cm。区内春秋多风，冬季风较少，但寒潮来袭时，常刮大风，当地称诺海风，风向自西北向东南，时有风灾发生。

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1.3 生产井及老窑

勘查区内无生产矿井和老窑，仅在勘查区西南侧有一个生产矿井（哈尔交煤矿井），现正在进行关井。该矿井2007年由新疆兰马技术开发公司编制开发利用方案，开拓方式为混合提升斜井单水平开拓，煤矿设计主采煤层为Ⅲ9号（现编号5号煤层），设计开采标高为1 250～1 110 m。煤矿划分为一个水平上下开采，矿井设置2个双翼采区进行井下开采。截至2006年，1 170 m以上已采空，当时采用房柱式开采方法，损失率高达50%。2008年后采用混合提升斜井单水平开采，新开拓区为1 148～1 170 m水平的煤层，2009年开采1 135～1 170 m的煤层，2010年开采1 115～1 145 m水平以上煤层。2012年对矿区Ⅲ9号煤层（现编号5号煤层）东采区主斜井1 130～1 150 m采场进行开采，矿区范围内动用了Ⅲ9号煤层资源量1.952 4万t，采出煤炭资源为1.4万t，损失量为0.552 4万t，损失率为28.21%，回采率为71.79%。

2 煤层特征

2.1 含煤性

勘查区内卡拉岗组第三岩性段——含煤段（P1kl3）地层中，钻探工程共揭露不同层位大于0.30 m的煤层（煤线）9层，单层厚为0.31～12.38 m，全层平均总厚为14.26 m，纯煤平均总厚为12.93 m。3号煤层厚度内可采6点，但ZKH1001、ZKH1101、ZKH1203这3个孔干燥基低位发热量分别为3.59、8.29、6.56 MJ/kg，低于12.5 MJ/kg的下限标准，煤质变化较大。同时，3号煤层可采面积仅有1.71 km2，且可采点孤立分散，综合确定为不可采煤层，见图1。

2.2 可采煤层

各煤层的控制情况、变化特征由上至下分述如下。5号煤层是勘查区最上部层位的可采煤层，是未来的主采煤层。区内共有17个控制该煤层层位的钻孔，见煤点15个，可采点14个，点可采指数为93%，赋煤面积为13.92 km2，可采面积为13.00 km2，面积可采指数为93%。煤层全层厚为0.39～9.19 m，平均厚4.11 m，纯煤厚0.39～7.62 m，平均厚3.47 m。

煤层厚度薄—特厚均有分布，有明显的变化规律。总体呈现“马鞍”形态，DF7断层下盘H11线西侧煤层主要为厚—特厚煤层，H11～H13线主要为薄—中厚煤层，H13～H16线西主要为厚—特厚煤层，H16线以东为薄煤层，浅部煤层变薄主要为薄—中厚煤层。断层上盘ZKH1403、ZKH1302孔控制中厚—特厚煤层，仅ZKH1206孔煤层变薄至0.38 m，煤层总体呈现中部薄、两侧厚的特征（图2）。5号煤层煤类以无烟煤、贫煤为主，仅个别点分布弱黏煤、不黏煤。该煤层最低控制水平为244.423 m，最大控制垂深为891.16 m（ZKH1206）。

区内共有17个控制5-1号煤层层位的钻孔，见煤点11个，可采点10个，点可采指数为91%，赋煤面积为13.92 km2，可采面积为10.32 km2，面积可采指数为74%。煤层全层厚为0.46～5.73 m，平均厚1.94 m，纯煤厚0.46～4.76 m，平均厚1.73 m。煤层厚度有变化，薄—特厚煤层均有分布，有明显的变化规律。勘查区内第三层可采煤层在5、5-1号煤层的下部，与5、5-1号煤层的层间距为21.00～146.29 m，平均为71.57m。

区内共有17个控制3号煤层层位的钻孔，见煤点8个，可采点8个，点可采指数为100%，赋煤面积为13.92 km2，可采面积为5.23 km2，面积可采指数为38%。煤层全层厚0.77～12.38 m，平均厚3.69 m，纯煤厚0.77～10.90 m，平均厚3.28 m。煤层厚度变化较大，薄—特厚煤层均有分布。H12线西侧构成中厚—厚煤层赋存区，东北部仅ZKH1302孔特厚煤层，总体呈中部薄、两侧厚的变化趋势（图3）。

2.3 煤层对比

本区煤层对比采用以煤、岩层的垂向对比为基础。结合测井曲线特征，以二维地震煤层反射波追踪的综合对比方法展开。在剖面对比的基础上，将全区18个已知钻孔柱状图按所处勘探线上的位置，以首尾相结的方式，由浅至深，再有深至浅（手风琴式）展开排列，制作成煤、岩层对比图。然后对夹于上述2套火山岩之间的含煤段内的煤层确定标志性煤层和煤层组合，再根据各煤层自身特征，逐一对比。

勘查区内的所有钻孔均进行了地球物理测井，对于煤层的解释基本上达到了2种参数，通过各个钻孔曲线上的解释综合确定煤层的厚度。根据煤层的物性组合特征和各物性曲线垂向上的组合特征，逐一对比。根据勘查区煤层之间的顶底板岩性、物性特征及煤层间距等相关特性，本次煤层对比适合按照煤组进行对比叙述。

5号煤层与其下部的5-1号煤层的间距在0.21～27.24 m，间距较小。5-1号煤层与下部的4号煤层间距为21.00～146.29 m，呈南部（浅部）小、北部（深部）增大的规律性变化。5号煤层厚度变化大，一般浅部较薄，中深部增厚。5号煤层是以中厚—特厚为主体的煤层，测井物性各参数曲线异常均很明显。5-1号煤层厚度一般存在浅部较薄、深部增厚、西部较薄，东部增厚的趋势。区内有11个控煤点，10个可采点，其中1个点为厚煤层，4个点为中厚煤层，4个点为薄煤层，1个点为不可采。该煤层是以薄—中厚为主体的煤层。本区煤层构造的主要反射波见图4，T5波为5号煤层及5-1号煤层与其围岩形成的反射波，5号煤层与5-1号煤层间距较小，为0.21～27.24 m，因此T5波为5号煤层与5-1号煤层形成的复合波。

5号煤层为全区分布的煤层，各参数曲线形态异常明显，结合地质资料，将它作为全区测井曲线煤层对比的基准层。从测井曲线对比图（图5）中可以看出，5号煤层密度曲线因煤层内含高灰分段呈锯齿形态。在5号煤层和5-1号煤层之间有一特征岩层，其电阻率曲线有一个负值的尖峰状突起，曲线形态犹如一根“长刺”。

3 煤储层物性特征

3.1 煤的吸附性

本次煤层气勘查工作包括对ZKH1205、ZKH1104、ZKH1103这3个孔进行了煤层气含气量测试和样品的采集。其中，ZKH1205、ZKH1103孔中所采集的5号、5-1号煤层还进行了孔隙率、坚固性系数、等温吸附、瓦斯放散初速度等指标进行了测试，并对ZKH1103孔参数井进行了气测录井和试井工作。基于以上探井及参数井的成果资料，对勘查区内煤储层物性特征进行评价。如表2所示，通过吸附等温线可以准确了解煤层的吸附能力与压力的对应关系，与煤储层压力参数结合可以确定煤层的含气饱和程度、煤层气的临界解吸压力、实际可采资源量。煤层吸附等温线反映了在给定温度下气体吸附量随压力的变化特征。

计算可得，ZKH1103孔5号煤层理论含气量为16.324 m3/t，实测含气量为0.130 m3/t。ZKH1205孔5号煤层理论含气量为9.726 m3/t，实测含气量为0.190 m3/t；5-1号煤层理论含气量为17.857 m3/t，实测含气量为1.490 m3/t，见图6和图7。

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3.2 煤层含气性

从测试结果看（表3），5号煤层气总含气量为0.13～0.19 m3/t，平均为0.15 m3/t。5-1号煤层气总含气量为0.13～1.49 m3/t，平均为0.81 m3/t。其中，总含气量最高为1.49 m3/t，即ZKH1205孔5-1号煤层含气量也远远低于无烟煤含气量8 m3/t下限标准。因此，3个孔煤层均未达到规定的含气量指标。

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根据以上钻孔煤层含气量统计成果可知，各煤层以现场解吸气量为主，其次为残余气，损失气最少，说明煤层中烃类气体以吸附气为主，其次为少量游离气。

3.3 煤储层的孔隙结构特征

由测试结果可知：5号煤层的孔隙率为2.93%～3.65%；5-1煤层的孔隙率为3.45%～3.80%（表4），按照煤层最小孔隙率为2%～4%，井田内各煤层的孔隙率均大于煤层最小孔隙率最小值。孔径体积占比中，以0.10μm＞过渡孔位＞0.006μm为主，占比36.10%～45.15%，微孔（微孔＜0.06μm）和大孔（大孔＞10μm）次之，两者含量相当，0.10μm＜终孔＜10μm最少。

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4 结论

新疆吉木乃县哈尔交煤矿东部详查是自治区地质勘查基金项目，通过详查取得了以下地质成果。采用钻探工程控制，勘查区共揭露不同层位大于0.30 m的煤层（煤线）9层，其中编号煤层4层，自下而上分别为3、4、5-1、5号，单层厚为0.31～12.38 m，全层平均总厚为14.26 m，纯煤平均总厚为12.93 m。基本查明了区内煤类以无烟煤为主，贫煤次之，可作为民用煤和合成氨的原料。经洗选还可作高炉喷吹和烧铁矿石的燃料及开启式电炉的原料。详查工作取得的地质成果可为矿区总体发展规划提供地质依据。