东胜煤田新胜勘查区煤层特征研究

2024-01-02王开来

中国煤炭地质 2023年11期

王开来

（中煤地质集团有限公司，北京 100040）

1 研究区概况

新胜勘查区位于内蒙古自治区鄂尔多斯市，隶属东胜区泊尔江海子镇、杭锦旗独贵镇管辖。勘查区北部与塔然高勒矿区相接，东部与泊尔江海子井田、油坊豪井田相接，南部与阿彦布鲁勘查区相接，西部与悉尼布拉格勘查区相接。勘查区位于鄂尔多斯盆地东胜凸起的中部偏北，区内钻探揭露的地层有下白垩统志丹群（K1Zd）、中侏罗统安定组（J2a）、直罗组（J2z）、中下侏罗统延安组（J1-2y）、上三叠统延长组（T3y），其中延安组为本区主要含煤地层，构造上整体为一向南西倾斜的单斜构造，地层走向大致为北西向，倾向南西，倾角1°～5°，区内断裂构造不发育，未发现岩浆岩［1-3］。

2 含煤地层特征

2.1 含煤地层及含煤性

2.1.1 延安组

研究区延安组厚度为88.68～239.50 m，平均180.28 m。中部厚度较大，呈南北向条带状，为三叠系延长组沉积之后，地表长期剥蚀形成的古冲沟或低洼地，延安组沉积初期，在低地发生泥炭沼泽化，持续时间长，沉积煤层厚度较大［4］。该组为勘查区内的主要含煤地层，全区发育，地表无出露。岩性主要由一套浅灰、灰白色各粒级的砂岩，灰色、深灰色砂质泥岩、泥岩和煤层组成，发育水平纹理及波状层理，含2、3、4、5、6 煤组，对比成层的煤层21 层（2-1、2-2、3-1上、3-1、3-1下、3-2、3-3、4-1上、4-1、4-1下、4-2上、4-2、4-2下、、5-1、5-1下、5-2上、5-2、5-2下、6-1、6-2），钻孔见煤最大单层厚度6.60m，累计厚度8.35～23.50m，平均14.73m，含煤系数8.27%，可采煤层累计可采厚度6.60～22.25m，平均13.00m。可采煤层含煤系数7.30%。煤层埋深在600～1 000m，自东向西埋藏深度加大。

2.1.2 直罗组

勘查区内次要含煤地层为中侏罗统直罗组［4］，地层厚度63.45～192.19 m，平均138.16 m。含1 煤组，含煤0～4层，对比成层的煤层2层，分别为1-1、1-2煤层，均不可采，仅在勘查区西北边缘部位零星赋存和发育。

2.2 含煤地层沉积特征

延安组含煤岩系是由陆源碎屑岩组成的陆相沉积地层，沉积环境为河湖相、三角洲平原相、泥炭沼泽相为主的大型内陆盆地［4］。该组厚度由南向北逐渐变薄，出现沉积盆地边缘地段所特有的特征，即“下缺上剥”现象［5-6］，受沉积基底向北逐渐抬升的影响，延安组下部的第一岩段地层在区内的大部地段沉积不全，东南部局部区域古沉积基底较高，缺失5 煤组（不含5 煤组）以下地层，按照岩性组合特征可划分为3个岩段［7-9］。

2.2.1 一岩段（J1-2y1）-初期填充体系

本段位于延安组下部，自煤系底界至5 煤组顶界，厚度0.00～113.40 m，平均59.25m（图1）。在成煤初期古地貌凹凸不平，以河流作用为主的河湖相沉积，在古积水洼地边缘和赋水较浅部位，“填平补齐”式的沉积，沉积了5、6 两个煤组，5 煤组发育，6 煤组仅在勘查区的西南部零星发育及赋存，含煤2～7层，一般5 层，可采层数1～4 层，煤层赋存稳定，厚度较大，是本区主要含煤段，其中5-1、5-2煤层层位比较稳定，为大部可采煤层。在岩性上下部以灰白-浅灰色中、粗粒砂岩为主，局部为含砾粗粒砂岩，成分主要为石英，含少量风化长石，钙质胶结，分选性中等，磨圆度中等—好，厚—巨厚层状，层理不发育，底部多见浅灰—浅灰绿色铝质泥岩；上部由灰—深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及煤层组成，夹中、细粒砂岩，局部为粗粒砂岩，粉砂岩、砂质泥岩，具水平层理，产锥叶蕨、拟刺葵、枝脉蕨、新芦木、木贼、拜拉、茨康叶等植物化石。在东南部部分区域该组缺失［10-11］。

图1 一岩段厚度等值线（m）Figure 1 Thickness contour of the first lithologic section（m）

2.2.2 二岩段（J1-2y2）-中期超覆体系

本段位于延安组（J1-2y）中部，5 煤组顶界至3 煤组顶界，厚度71.48 ～105.00 m，平均89.76 m。本段沉积初期填充体系发育进入中期超覆体系沉积，以开阔湖体系和三角洲体系为主，沉积了厚度较大、分布范围较广的4 煤组和3 煤组，含煤6～9 层，其中可采及局部可采煤层6 层，分别为3-1、3-2、3-3、4-1、、4-2，其中3-1、3-2、4-1、4-2上、4-2稳定性较好，可采范围较大。岩性以灰、浅灰色细粒砂岩、粉砂岩为主，夹薄层中、粗粒砂岩，含多层煤层，以煤层层数多而厚度薄为特征，且煤层分叉、合并及尖灭现象比较普遍［12］。砂岩成分以石英为主，长石次之，含大量云母及其他暗色矿物，中、粗粒砂岩一般为钙质胶结，细粒砂岩为泥质胶结，较为致密坚硬。砂岩分选性中等—好，磨圆度中等。本段总体以碎屑岩粒度较细为特征，且水平层理、微波状层理、小型交错层理发育，反映水动力条件相对较弱的滨湖三角洲相环境。产枝脉蕨、似银杏、拟刺葵、拜拉、松形叶、茨康叶、苏铁杉、侧羽叶等植物化石。

2.2.3 三岩段（J1-2y3）-晚期退覆衰退体系

本段位于延安组（J1-2y）上部，3煤组顶界至延安组（J1-2y）顶界，厚0.00～60.30 m，平均31.27 m（图2）。中期超覆体系衰退，勘查区沉积环境进入了晚期退覆衰退体系，湖泊体系由北向南逐渐退缩，以河流相和废弃三角洲相为主，在废弃三角洲的垛体上，沉积了煤层厚度变化大，零星分布的2煤组和泥炭，向外依次分叉、变薄至尖灭。岩性以巨厚层河流相灰绿色粗粒砂岩为主，夹薄层灰—深灰色砂质泥岩、粉砂岩，顶部常为一薄层灰绿色粉砂岩［13］。砂岩成分以石英为主，长石次之，分选性差，磨圆度中等—差。泥质含量高，疏松易碎。层理不发育，产少量植物化石，主要为锥叶蕨、新芦木、拟刺葵等。在西南部和中南部，该段地层被剥蚀。

3 可采煤层地质特征

勘查区西部、中南部及中北部煤层厚度较大，中部及东部煤层厚度较小，由中部向南北变厚，由东向西变厚。煤层厚度与延安组厚度总体呈正相关关系，即延安组厚度大的部位，煤层厚度也大。勘查区含煤地层含可采煤层7层（表1）。

3.1 3-1煤层

厚度0.00～4.90m，平均2.29m，可采厚度0.90～4.90m，平均2.62m，埋深679.85～880.60m（图3）。面积可采系数79%，可采范围煤层变异系数49%。偶见夹矸1～2 层，夹矸层厚0.16～0.65m，岩性以泥岩为主，见粉砂岩、砂质泥岩。煤层厚度变化规律明显：中部较厚，向东西两侧厚度逐渐変薄，东北部和西南部被剥蚀或不可采。3-1煤层为全区赋存，结构简单，大部可采的较稳定煤层。下距3-2煤8.65～29.05m，平均15.92m。顶板以砂质泥岩为主，见粗粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩、泥岩，东北部见中砾岩等。底板主要为细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩等。

图3 3-1煤层厚度等值线（m）Figure 3 Thickness contour of No.3-1 coal seam（m）

3.2 3-2煤层

厚度0.00～5.10m，平均1.61m，可采厚度0.80～5.10m，平均2.26m，埋深692.50～894.50m（图4）。面积可采系数54%，可采范围煤层变异系数54%。偶见1 层夹矸，夹矸厚度0.20～0.70m，岩性以泥岩为主，其次为粉砂岩、含炭泥岩。煤层厚度变化规律明显，中部偏南区域煤层较厚，东部和西部煤层变薄，西部好于东部，东北部出现大面积不可采区和零星不可采点。3-2煤层为结构较简单、大部可采的较稳定煤层。下距4-1煤9.90～41.50m，平均25.62m。顶板西部砂质泥岩为主，中部细粒砂岩为主，东部粉砂岩为主。局部见粗粒砂岩、泥岩。底板主要为粉砂岩、砂质泥岩。

图4 3-2煤层厚度等值线（m）Figure 4 Thickness contour of No.3-2 coal seam（m）

3.3 4-1煤层

厚度0.00～6.60m，平均2.38m，可采厚度0.80～6.60m，埋深717.10～919.70m（图5）。面积可采系数92%，可采范围煤层变异系数为54%。常见1～3 层夹矸，夹矸厚度0.15～0.65m，岩性泥岩为主，见炭质泥岩、含炭泥岩、砂质泥岩。全区煤层厚度变化不大，在西北部为厚煤区，厚度在4.40～6.60m，在勘查区中西部有一南北向条带状不可采区域，其余不可采点和特厚点零星分布。4-1煤层为结构较简单、大部可采的较稳定煤层。下距4-2上煤层6.30～29.50m，平均17.29m。顶板西部砂质泥岩为主，中部中粒砂岩、细砂岩、粉砂岩为主，东部中粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩、泥岩。底板东西部粉砂岩、砂质泥岩，中部细粒砂岩、粉砂岩。

图5 4-1煤层厚度等值线（m）Figure 5 Thickness contour of No.4-1 coal seam（m）

3.4 4-2上煤层

厚度0～3.55m，平均1.43 m，可采厚度0.95～3.55m，平均1.89 m，埋深732.25～937.20m（图6）。面积可采系数65%，可采范围煤层变异系数28%。偶见1 层夹矸，厚度0.15～0.65m，岩性泥岩为主，见粉砂岩、砂质泥岩。煤层厚度稳定，在勘查区西部和中部偏北边界不可采。为结构简单、大部可采的较稳定煤层。下距4-2煤层2.55～25.85m，平均10.53m。顶板细粒砂岩为主，其次为粗粒砂岩、粉砂岩，少量砂质泥岩、泥岩，中南部岩石粒度较粗。底板西部砂质泥岩为主，中部细砂岩为主，东部粉砂岩、砂质泥岩为主。

图6 4-2上煤层厚度等值线（m）Figure 6 Thickness contour of No.4-2u coal seam（m）

3.5 4-2煤层

厚度0～2.90m，平均1.32m，可采厚度0.80～2.90m，平均1.61m，埋深744.95～945.95m（图7）。面积可采系数80%，可采范围煤层变异系数39%。偶见1 层夹矸，厚度0.15～0.70m，岩性以含炭泥岩、泥岩为主。该煤层厚度变化不大，为薄—中厚煤层，总体东部厚度大于西部，不可采区域分布在勘查区西南部，其余不可采点零星分布［14］。为结构简单、大部可采的较稳定煤层。下距5-1煤层7.55～34.30m，平均19.55m。顶板西部以细砂岩、砂质泥岩为主，中部以粗粒砂岩、细砂岩为主，东部粗粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩为主。底板以砂质泥岩为主，中部粗粒砂岩、细粒砂岩为主，次为泥岩、粉砂岩。

图7 4-2煤层厚度等值线（m）Figure 7 Thickness contour of No.4-2 coal seam（m）

3.6 5-1煤层

厚度0～3.85m，平均1.29m，可采厚度0.80～3.85m，平均1.70m，埋深756.00～956.35m（图8）。面积可采系数58%，可采范围煤层变异系数50%。偶见1 层夹矸，厚度0.10～0.55m，岩性以泥岩为主，西南部为含炭泥岩，见砂质泥岩、粉砂岩。煤层以薄—中厚煤层为主，中部偏南厚度大于其他区域，西部靠近边界区域有小范围的中厚区域，在东北部有小范围不可采区，中部偏西有东西向条带状不可采区，其余为零星不可采点。为结构简单、大部可采的较稳定煤层。下距5-2煤层11.55～35.35m，平均23.11m。顶板北部以粗粒砂岩、细粒砂岩为主，南部以砂质泥岩、粉砂岩为主。底板以细粒砂岩、砂质泥岩为主。

图8 5-1煤层厚度等值线（m）Figure 8 Thickness contour of No.5-1 coal seam（m）

3.7 5-2煤层

厚度0～3.75m，平均1.16m，可采厚度0.85～3.75m，平均1.93m，埋深769.25～982.00m（图9）。面积可采系数51%。可采范围煤层变异系数41%。偶见1～2层夹矸，厚度0.20～0.25m，岩性为泥岩、含炭泥岩。该煤层整体厚度较为稳定，在研究区西部和西南部沉积缺失或尖灭，其余为零星的不可采点或尖灭点，厚煤层点也为零星分布。为结构简单、大部可采的较稳定煤层。下距6-1煤层24.50～45.50m，平均33.74m；下距延安组顶界14.60～66.30m，平均38.45m。顶板以粗粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩为主，见砂质泥岩、泥岩。底板以粉砂岩、砂质泥岩为主，北部多见细粒砂岩。

图9 5-2煤层厚度等值线（m）Figure 9 Thickness contour of No.5-2 coal seam（m）

4 煤质

4.1 物理性质及宏观煤岩特征

可采煤层颜色均为黑色，条痕色为深褐、黑褐色，沥青光泽—强沥青光泽，内生裂隙发育，块状或条带状结构，层状构造，平坦或参差状断口为主，少见贝壳状断口，局部含有黄铁矿结核或黄铁矿透镜体。各煤层视密度1.31～1.35 t/m3。各煤层煤岩成分以暗煤为主，次为亮煤，偶夹条带状丝炭，半暗型煤为主，次为半亮型煤，少暗淡型煤。

4.2 显微煤岩特征

镜质组平均值变化范围在38.05%～47.60%；惰质组平均值变化范围在51.57%～61.55%；少量壳质组平均值变化范围在0.40%～1.00%；显微组分总量平均值均在80.88%～89.13%。

4.3 变质程度

各煤层镜煤最大反射率为0.57%～0.59%，煤层变质程度为Ⅰ阶段低变质烟煤，Ⅰ阶段不黏煤，个别为长焰煤，各煤层的变质程度在水平方向和垂向上，变化不大，规律不明显。

4.4 主要工业指标

各煤层原煤水分平均值在5.80%～6.89%，浮煤水分平均值在6.22%～7.02%。原煤灰分产率平均值在10.64%～16.28%，浮煤灰分产率平均值在4.81%～5.45%。原煤挥发分产率平均值在34.55%～36.07%，浮煤挥发分产率平均值34.67%～35.37%。原煤固定碳产率平均值在50.24%～54.24%，浮煤固定碳产率平均值在56.05%～59.72%。原煤实测全硫含量值在0.10%～2.24%，各煤层原煤平均全硫含量值为0.42%～0.81%，原煤干燥基高位发热量平均值在25.56～27.88MJ/kg，干燥基低位发热量平均值在24.90～28.29MJ/kg，各煤层浮煤干燥基高位发热量平均值在29.43～30.43MJ/kg，干燥基低位发热量平均值在28.66～29.65MJ/kg。各煤层的黏结指数均为0，属无黏结性煤。