黑龙江省东宁煤田煤层、煤质及主要开采技术条件特征

杨贺平

（黑龙江省自然资源调查院，黑龙江 哈尔滨150036）

1 概述

黑龙江省东宁盆地位于牡丹江市东宁县境内，地理坐标为东经131°07′00″-131°16′00″，北纬43°50′00″-44°10′00″，面积300km2，盆地三面为高山环绕，东部即为中俄边境。东宁煤田位于东宁盆地的北部，太平岭山脉南坡，绥芬河与瑚图河汇合部位形成的冲积高漫滩和河流阶地，部分属于丘陵地貌，最高海拔415.6m，最低海拔125m，最大高差290.6m。70 年代黑龙江省和吉林省区测队在本区开展了1：20 万区域地质调查工作，黑龙江省煤田地质108 勘探队和黑龙江省煤田地质勘探公司第二勘探队分别在东宁盆地进行了找煤勘探工作。上述工作为本区后续勘查和开发奠定了良好基础。东宁煤田包括的主要煤矿区有三岔口、东宁、高安、新城子沟、光星、团结村、东方红、大肚川、浪东沟、乌蛇沟等，上述煤矿区大部分进行了煤矿开采工作，本区煤层、煤质及开采技术条件等地质信息丰富[1]。

2 区域地质背景

东宁煤田所处中国大地构造位置属老爷岭地块，张广才-太平岭边缘隆起带，太平岭隆起与老黑山-东宁断坳陷接触过渡边沿地带。周边出露地质体为元古代杨木组和元古代花岗闪长岩（γδ）2。中生代位于滨太平洋大陆边缘活动带，印支期三迭纪受挤压拉张作用形成了中酸性火山岩喷发建造，早白垩世的拉张作用形成断坳陷成煤盆地，沉积了类磨拉石含煤建造和新近系河湖相含煤沉积建造。第四纪以来东宁煤田以抬升作用为主、河谷下蚀形成了现代河床低河漫滩堆积阶地[1]。

3 地层特征

4 构造特征

煤盆地基底起伏较大，向北东东倾伏，局部南东倾，倾角5°左右，煤盆地西南缘基底由上二叠统城山组砂板岩和上三叠统罗圈站组英安岩类及其安山玢岩侵入体构成。西北部与印支期二长花岗岩不整合接触，局部被第三系船底山玄武岩覆盖。煤盆地西部以大肚川河断裂为界，北以绥芬河断裂（F1）正断层为界，盆地内尚有F3、F4、F6、F7、F8等正断层，对煤层影响较小。

东宁煤田地层产状平稳，倾角近水平，一般5°左右，个别达15°；煤层较稳定，厚度变化较大，顶底板均有明显的标志层，煤层对比可靠。

5 煤系地层赋存特征

下白垩统穆棱组是东宁煤田唯一有工业价值的含煤岩系。

根据穆棱组（K1m）岩性特征，岩石粒度的横向变化、含煤特征以及岩相沉积、旋回特征，划分为三个岩性段：

5.1 上部砂岩段

自下白垩统猴石沟组（K1h）底砾岩至穆棱组（K1m）4号煤层顶部中粗砂岩，该段厚70～140m，主要由灰绿色、灰紫色含中性火山岩岩屑砂岩组成，夹泥岩、粉砂岩薄层。韵律较明显，碎屑物分选较差，属于快速沉积，粗碎屑所占比例很大，几乎达100%，因而极不利于成煤，本段不含煤层。

5.2 中部含煤段

自4 号煤层顶部中粗砂岩至3 号煤层底部粗砂岩层，该段厚80～65m，由三个完整的小旋回组成，形成三层煤，下部3 号煤层旋回由粗砂岩始，经中砂岩、细砂岩、粉砂岩、3 号煤层、煤泥岩止。下部粗砂岩较厚，该段含砂率高、沼泽环境时间较短不利成煤。中部3 上煤层由中细砂岩始（局部相变粗砂岩），经细、粉砂岩至3 上煤层，该旋回含砂率70～50%，成煤条件较好。往西、南含砂率>70%，为急流条件不利成煤，往北含砂率<30%煤层较薄。上部4 号煤层沉积旋回由洪积相的厚层状砾岩或含砾粗砂岩沉积开始，经细砂岩、泥岩、煤层至泥岩，含砂率达90%以上，急流河床相发育，所以对成煤不利，因此4 号煤只零星可采。

5.3 下部砂砾岩段

整个为一中旋回，自下至上，总的趋势是由粗变细，其中包括3～6 个小旋回，均为不完整旋回，下部2～3 个旋回均由砾岩开始，往上为粗、中砂岩。上部由粗砂岩开始，往上为细、粉砂岩、每个小旋回均缺少沼泽相。可见为水流较急的充填式堆积，搬运的物质分选差，磨圆度低，迅速堆积，岩石成熟度低，为典型的冲积扇及河床沉积，砂岩所占比例大约占78%，所以该沉积环境不利成煤。

本区煤的形成有其沉积规律，岩相上表现为沉积旋回的规律性，穆棱组上、下段煤层的形成就是两个较大的旋回，而其间必然有一套厚的，较明显的岩性标志，将两个旋回分开。这样，容易区分上、下、两套煤层，依此逻辑，一个段里也必然有许多小旋回，而一个小的旋回就有一层煤，也有此明显标志将其区别开来。这样，一组煤层一经对上，再依据煤层间距、厚度、结构就很容易确定各煤层。

6 煤层特征

东宁煤田初步查明3 层煤，所见煤层赋存于下白垩统穆棱组（K1m），中部含煤岩段。3、3 上、4 号煤层群中，三层相距40m 范围内。含煤系数最大为1.67%，最小为20%。三层煤之间的层间距较为固定，4 号与3 上为26～13m，一般为19m；3 上与3 号煤层为17～11m，一般为15m，层间距沿倾向和走向变化不大。

4 号层：纯煤厚0～1.10m，一般为0.96m，局部夹1～2层夹矸，顶板中粗砂岩或粉砂岩，只在西北部或北部发育，为零星可采层，大多为单孔可采，很少连成片。

3 上煤层纯煤厚0.25～3.25m，一般为0.80～2.25m，为复结构煤层，夹多层0.07～0.10m 厚的夹石，顶板为含砾粗砂岩，底板为粉砂岩，煤田中部发育最好，煤层最厚，均在2m以上，向四周变薄，特别是往西部、南部急剧变薄至不可采。中心部位（2m 以上范围）属稳定煤层，四周为较稳定煤层。

3 号煤层：纯煤厚0～1.03m，一般为0.9m，为复结构煤层，夹1～2 层0.10 的夹石，为泥岩，老顶为中粗砂岩。为局部可采煤层，只在煤田南部发育，为较稳定煤层。

7 煤的物理性质、煤岩及煤质特征

东宁煤田煤层物理特征一般为：煤呈黑色，条痕为褐色，具弱玻璃光泽～沥清光泽，不平坦断口韧性较大，比重较高较硬，内生裂隙不发育，极弱粘结到弱粘结，易燃，燃烧时火焰长。

煤岩学特征以暗煤和亮煤为主，镜煤较少见。煤岩类型以镜质组为主，其次为矿物质，再次为丝质组及稳定组。显微煤岩类型以粘土质树脂丝质亮暗煤和暗亮煤为主，少量有粘土质暗煤。煤的变质阶段应属于低变质气煤阶段，即Ⅱ阶段。但很接近于Ⅰ阶段。即长焰煤阶段。

煤质特征煤种单一，属于长焰煤，具有中灰煤、高灰发份、特低硫，特低磷煤和中发热量的特征。容重1.40～1.53，燃点286℃，发热量16.67～22.07MJ/kg，最高达31.48MJ/kg；挥发份含量比较高，从38.60%～58.30%，平均51%；水份较少，平均7%。煤的灰分较高，平均33%左右；原煤Cr 含量77.04～82.22%，Hr 含量5.55～6.11%，Nr 含量0.52～0.76%；粘结性在3～4 之间，为弱粘结到粘结，结焦性差；焦油产率高，在11.00-18.40%。煤的主要用途为动力用煤，也可用作气化用煤，还可用作炼油用煤[3]。

8 东宁煤田地下水类型

区内地下水有下述几种类型：

8.1 第四系松散岩类孔隙潜水

主要分在山间河谷平原区，单位涌水量一般小于5L/s·m，水化学类型为HCO3-Ca·Mg 型水。

8.2 基岩风化裂隙潜水

根据地层岩性及空间分布可进一步划分为以下几种类型：

（1）白垩系穆棱组砂岩风化裂隙潜水。穆棱组是一套由砂、泥岩，砾岩夹煤系地层的岩组。共分为三个段，其中上段为浅绿色凝质砂岩，胶结致密坚硬，含薄层状紫色泥岩，地层厚度在40-80 米之间。风化裂隙水主要分布在该段地层之中。水位埋深5.40-18.00 米，地下水化学类型为HCO3-Ca 型。（2）燕山晚期闪长岩、印支期二长花岗岩风化裂隙潜水分布面积不大，风化裂隙较发育。

8.3 第三系上新统船底山玄武岩裂隙孔洞水

地下水赋存于气孔状橄榄玄武岩及风化裂隙中，尤其是地势低洼的玄武岩地层储水条件好，高地形区储水条件不好，往往不含水。

8.4 白垩系穆棱组砂岩孔隙裂隙承压水

穆棱组中段为含煤段，总厚在150-200 米之间。该段地层赋存孔隙、裂隙承压水，富水性不均，水位埋深一般15 米左右。

8.5 构造裂隙承压水

位于团结村-浪东沟-李家趟子一带，地层岩性下部为中粗砂岩、含砾砂岩地层及煤层，由于受大肚川河东西向张性断裂影响，赋存构造裂隙承压水，水位埋深2-5 米，局部喷出地表形成自流井。

9 煤系地层工程地质类型

区内分布于低山丘陵区的岩石主要有砂岩、泥岩、玄武岩、凝灰岩，上覆粉质粘土。沟谷坡地多为冲洪积、坡积粉粘土、砂、砂砾石。根据岩石性质、结构构造、岩石质量、岩石完整程度等，将区内岩石划分为三个地质岩组：

9.1 坚硬半坚硬岩组

主要为煤系地层的粉砂岩、细砂岩、中粗砂岩、含砾砂岩、泥岩、煤，岩石呈层状，水平层理发育，局部略有起伏，岩层产状发生变化。岩石胶结程度好，完整性好，坚硬，力学强度较高，R 值36.40-116.73NPa。

9.2 软弱岩组

主要为煤系地层上部弱风化带，岩性为黄褐色中粗砂岩，层状结构，锈蚀严重，锤击岩芯，浊音易碎，力学强度较低。埋藏深度10-40 米，厚度15-30 米。

9.3 松散岩组

主要有第四系粉质粘土、砂、砂砾石，煤系地层浅部（5-10 米）强风化带砂岩，结构松散，力学强度低[4]。

10 瓦斯、煤尘及煤的自燃倾向

由于本区煤层埋藏浅，一般在100 米左右，变质程度低，所以瓦斯含量一般较低。

区内东宁县宏升煤矿和东宁县巨源煤矿，开采4 号煤层，在《2007 年度第一批生产矿井瓦斯等级及二氧化碳涌出量核准结果汇总表》（黑煤管生产发[2007]97 号）中确定巨源煤矿为低瓦斯等级和低二氧化碳等级，沼气相对量和绝对量均为零，二氧化碳相对量4.17m3/t，绝对量0.29m3/min，核准为低沼气和低二氧化碳矿井。在《2005 年底第一批生产矿井瓦斯和二氧化碳涌出量鉴定核准结果的通知》（黑经煤安发[2005]294 号）中宏升煤矿沼气相对量和绝对量均为零，二氧化碳相对量为4.54m3/t，绝对量0.36m3/min，核准为低沼气和低二氧化碳矿井。

本区开采煤层煤尘均有爆炸性。浪东沟区采集1 个煤尘爆炸性试验样品，试验结果为：煤层火焰长度200 毫米，岩粉量45%，有爆炸性。相邻矿井宏升煤矿于2006 年7月31 日取样试验结果为：煤层火焰长度20 毫米，岩粉量10%，有爆炸性；巨源煤矿取样试验结果为：煤层火焰长度120 毫米，岩粉量45%，有爆炸性。

本区煤层自然倾向为自燃。浪东沟矿区采集1 个煤层自燃倾向试验样品，试验结果为：吸氧量0.69cm3/g 干煤，确定为Ⅱ级，自燃倾向为自燃。宏升煤矿取样试验结果为：吸氧量0.62cm3/g 干煤；巨源煤矿取样试验结果为吸氧量0.57cm3/g 干煤，确定为Ⅱ级，自燃倾向为自燃[4]。

11 结论

东宁煤田总体煤炭资源量不大，可采煤层不多，但煤质较好，且含油率较高，局部夹油页岩，可综合开发利用，是当地的主要产业。煤层埋藏较浅，开采技术条件尚可，开采成本不高。