巴彦温都尔煤田瓦斯地质特征及其它开采技术条件浅析

张朝辉 ，李惠林，田家鹏，其日麦拉图，陈琳，刘芳

(内蒙古煤炭建设工程(集团)总公司 内蒙古 呼和浩特市 100010)

巴彦温都尔煤田地处内蒙古高原的中部，大兴安岭西延山脉的北坡[1]。位于内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市西北50km处，区划隶属锡林浩特市伊利勒特苏木。煤田南界有阿巴嘎油田至锡林浩特市公路通过，沿公路可达锡盟盟府锡林浩特市区。市区沿省道S101线西行370km可达赛汉塔拉与集二线铁路相接，并进而与京包线铁路相联，在锡林浩特市区尚有国道G303线，G303国道至克什克腾旗上集通线150km[1]。

1 矿区地质特征

1.1 地层

煤田内出露地层较为简单，由老到新有侏罗系上统白音高老组(J3b)、白垩系下统大磨拐河组(K1d)、新近系宝格达乌拉组(N2b)及第四系(Qh)。图1。依据矿区地表出露及钻孔揭露情况，自下而上分述如下：

图1 巴彦温都尔煤田矿区地质简图Fig 1. Geological Sketch of Bayan Wendur Coalfield Area

(1)侏罗系上统白音高老组(J3b)：以灰-灰白色凝灰岩为主的火山碎屑岩。钻孔揭露厚度6.94m～92.19m，平均厚47.51m。

(2)白垩系下统大磨拐河组(K1d)：根据钻孔揭露岩性特征、沉积旋回特征，可划分为三个岩段，分别为下部砂泥岩段(K1d1)、含煤段(K1d2)和上部砂泥岩段(K1d3)，自下而上分述如下：①下部砂泥岩段(K1d1)揭露厚度1.60m～240.04m，平均厚41.41m。主要以灰绿色、红褐色、棕红色及紫红色泥岩、砂质泥岩及粉砂岩为主，夹灰绿色粗砂岩、砾岩层，偶见少量植物炭屑，下部粗砂岩和砾岩分选差，颗粒及砾石磨圆度差，与下部地层呈不整合接触；②含煤段(K1d2)厚度15.70m～185.06m，平均厚65.31m。以灰色、深灰色泥岩、粉砂岩，黑褐色炭质泥岩和煤层组成，间夹少量的中砂岩及细砂岩薄层，含煤0～9层，其中可采煤层A、B、C层。A层为全区可采，B层为大部可采，C层为局部可采，其它煤层为不可采；③上部砂泥岩段(K1d3)厚度8.95m～212.20m，平均厚97.68m。由灰绿色、灰色、浅黄色为主夹红褐色及紫红色泥岩、粉砂岩和灰绿色-灰色砂岩、含砾砂岩及砾岩组成。砂岩成份以长石、石英为主，砾石成份为变质岩及凝灰质碎屑组成，分选差，磨圆度为次棱角状。岩层中偶见炭化植物碎片化石。

(3)大磨拐河组(K1d)：钻孔揭露厚度22.40m～537.10m，平均厚204.10m。下部由灰色砾岩、砂砾岩夹粉砂岩、凝灰质粗砂岩组成，含植物化石；上部以深灰色泥岩、粉砂岩、砂岩为主夹砾岩及煤层或煤线。

(4)新近系宝格达乌拉组(N2b)：钻孔揭露厚度13.20m～131.33m，平均厚76.34m。以土黄色、棕红色砂质粘土及砖红色粘土和灰-深灰色玄武岩组成。玄武岩层数0～8层，最小厚度0.20m，最大厚度128.20m。沉积岩和玄武岩多呈互层出现，与下伏地层不整合接触。

(5)第四系全新统(Qh)：地表及钻孔揭露厚度0m～28.62m，平均厚度1.67m。由黄色、土黄色风积、坡积物的亚砂土及粉细砂、砂、砾石组成，与下伏地层不整合接触。

1.2 构 造

巴彦温都尔煤田总的构造形态为宽缓向斜构造，向斜轴部在中部，轴向为北北东至南西，两翼倾角为1°～8°，在倾向及走向上变化不大。煤田内发育有一条正断层，其位置在向斜轴的西北侧，展布方向为北北东至北东(图1)，与向斜轴平行出现。煤田构造属于简单类型[2]。

(1)向斜构造：煤田内基本构造形态为宽缓的不对称向斜构造。该向斜南北两端均封闭，轴长13km，展布方向呈S型，总体呈北北东-北西-北北东向。

(2)断裂构造：F1号断层走向长8km，位于向斜轴部偏西北处。走向为北北东向，倾向南东，倾角50°～73°，垂直断距0m～112m。

1.3 岩浆岩

煤田广泛分布喜山期基性玄武岩，喷出地表呈岩被状产出。玄武岩对新近系宝格达乌拉组地层(N2b)破坏程度严重(图1)，但对煤系地层及煤层、煤质无影响。

1.4 矿区可采煤层及其特征

巴彦温都尔煤田含煤地层为白垩系下统大磨拐河组(K1d)，含煤9层，钻孔揭露厚度为22.40m～537.10m，平均厚204.10m。全区可采煤层为3层(编号A、B、C)。煤层总厚度0.80m～2.49m，平均厚14.01m，含煤系数6.86%；可采煤层厚度4.24m～26.05m，平均15.33m，可采含煤系数7.51%。图2。

图2 巴彦温都尔煤田19勘探线可采煤层剖面分布图Fig 2. Profile Distribution Map of Minable Coal Seams on Exploration Line 19 in Bayan Wendur Coalfield

2 煤田瓦斯地质特征

煤矿瓦斯事故严重威胁煤矿安全生产。通过对瓦斯的安全治理和应用作业，可有效避免瓦斯事故的发生。本次巴彦温都尔煤田在11个钻孔中共采集瓦斯样12个，对12个瓦斯样进行脱气和气体分析，瓦斯样测定结果见表1。

表1 瓦斯含量及成分测试成果表Tab 1. Gas Content and Composition Test Results

测试结果表明巴彦温都尔煤矿煤层中瓦斯含量较低，每克可燃质CH4含量甚微，CO2含量0.01ml/g～0.28ml/g。可燃质，重烃为零。瓦斯成分中以氮气(N2)为主，占60.90%～99.40%，二氧化碳(CO2)0.06%～39.06%，甲烷(CH4)0%～0.87%。综合以上数据，巴彦温都尔煤田属二氧化碳-氮气带[3]。

3 其它开采技术条件

(1)煤尘爆炸性：通过巴彦温都尔煤田14个钻孔24件煤芯煤样测定成果整理(表2)，煤层火焰长度70mm～>400mm，岩粉填加量45%～75%。该区煤具有煤尘爆炸的危险性[4-5]。

表2 煤尘爆炸性试验成果表Tab 2. Results of Coal Dust Explosion Test

(2)煤层自燃倾向性：巴彦温都尔煤矿各可采煤层变质程度低，挥发分高，为煤层自燃提供了有利条件。采样测定结果(表3)分析，煤吸氧量0.47cm3/g～1.02cm3/g，自燃等级Ⅰ-Ⅱ级(容易自燃)[2]。

表3 煤的自燃倾向试验成果表Tab 3.Test Results of Spontaneous Combustion Tendency of Coal

(3)地温：在巴彦温都尔煤田15-11、19-13、22-4三个钻孔进行了简易地温测量，通过分析测试，其井温变化规律：0m～80.00m其温度值10.4℃；地温梯度最小0.8℃/100m，最大2.20℃/100m，平均地温梯度1.55℃/100m，属地温正常区，将来矿井开采无地热危险。

(4)冲击地压：巴彦温都尔煤矿主要可采煤层的埋藏深度小于400m，区内井工开采煤矿的工程岩样孔仅对最上一层煤层顶板30m至最下一层煤层底板20m范围采集了岩石物理力学样[6]，煤层上方30m范围内不存在厚度超过10m的坚硬岩层。

4 结 论

通过对巴彦温都尔煤矿瓦斯含量及成分浅析，瓦斯属二氧化碳-氮气带，煤矿在开采过程中需注意瓦斯监测，防止瓦斯聚集酿成事故。对其煤尘爆炸性、煤层自燃倾向性、地温、冲击地压试验分析，煤具有煤尘爆炸的危险性。煤层自燃倾向性自燃等级Ⅰ-Ⅱ级(容易自燃)。地温属地温正常区，将来矿井开采无地热危险。冲击地压在煤层上方30m范围内不存在厚度超过10m的坚硬岩层。