贵州省方兴煤矿地质特征与可采煤层对比研究

代 伦

（贵州省煤田地质局水源队，贵州 贵阳 550081）

1 矿区地层及可采煤层

矿区内钻孔揭露地层由老至新依次为，二叠系中统茅口组（P2m），二叠系上统龙潭组（P3l）、长兴组（P3c），三叠系下统夜郎组（T1y），三叠系下统茅草铺组（T1m） 以及第四系（Q） 地层组成[1]，地层间为整合或不整合接触。二叠系龙潭组（P3l）为煤系地层厚度79.57 ～113.38 m，平均102.35 m，含煤层5 ～14 层，一般10 层，煤层总厚度6.82 ～12.82 m，一般为9.92 m，含煤系数9.69%。此次编号煤层共8 层，自上而下依次为4、5、7、9、11、13、14、15 煤层；其中有5 层煤可采，编号分别为9、11、13、14、15 号，9 号煤煤层较稳定属全区可采煤层，11、13、14、15 号煤层属全区大部可采的较稳定煤层，可采煤层厚2.76 ～10.61 m，可采总厚度平均为6.26 m，可采含煤系数6.12%[2],可采煤层特征见表1。

表1 可采煤层特征一览表Table 1 List of characteristics of mineable coal seams

2 构造特征

井田位于扬子陆块（一级构造单元） —黔北隆起（二级构造单元） —遵义断拱（三级构造单元）的赫章—金沙—南白一线以南短轴式褶皱区（四级构造单元）。属北东—南西向的大顶坡背斜北西翼中段，地层走向呈北东- 南西向，倾向北偏西44°～69°，平均56°，倾角28°～37°，平均34°，矿区内总体为一单斜构造。

2.1 褶皱

区内次一级褶曲不发育，井田内部未见褶曲构造[3]。

2.2 断层

矿区内共发现3 条断层，断距在15 ～50 m，1条正断层，2 条逆断层。断层基本情况见表2。

表2 断层基本情况Table 2 Basic situation of faults

F1 断层：井田内在101 和201 孔北部发育近东西走向的一条正断层F1，101 孔和201 孔在井田范围内控制该断层。102 孔在孔深61 m 左右揭露该断层，断层落差在10 m 左右，该断层断失煤系地层中上部小部分；201 孔在孔深89 m 左右揭露该断层，断层落差在35 m 左右，断失煤系地层中上部一部分，断失主要可采煤层9 号煤；属于基本查明断层。

F2 断层：井田401 孔东侧发育有一条逆断层F2，该钻孔在152 m 左右揭露该断层，造成9 号煤层顶板的重复，断层落差20 m 左右。属于查明断层。

F3 断层：在井田内501 孔东侧发育一条南西—北东走向逆断层F3，该断层在地表见2 个控制点，501 和502 孔在井田范围内控制该断层，该断层在501 孔造成了P3c 地层的重复，在502 孔造成了T1y1和P3c 地层的重复，断层落差在50 m 左右。属于基本查明断层。区域内无岩浆岩出露，对含煤地层及煤层无破坏影响作用。

3 煤层对比

以煤层所在位置为对比依据，采用标志层为主，结合煤层自身特征（层位、厚度、结构、硫分、灰分、煤岩特征）、层间距、物性参数特征、顶底板特征等，对各煤层进行综合对比[4]。

3.1 标志层

区内含煤地层主要依据标志层法进行对比，其标志层岩性特征明显、层位稳定、分布广泛、分布稳定、易于鉴别、区内具可对比性的岩性标志层有4 层[4]，自上而下编号为B1、B2、B3、B4。

3.1.1 B1标志层

位于含煤地层顶部，岩性为灰岩，灰色，薄至中厚层状，泥晶结构，溶蚀现象发育，局部发育小溶孔，含少量黄铁矿结核，偶夹薄层粉砂岩。局部发育垂直裂隙，厚0.85 ～4.05 m，一般厚2.06 m 左右。矿区内该标志层层位、岩性稳定、分布稳定，上距长兴组底部0.57 ～4.15 m，平均2.33 m，下距9 号煤层33.36 ～53.36 m，平均43.13 m，是对比9号煤良好标志层（9 号煤层全区可采）[5]。

3.1.2 B2标志层

位于含煤地层中部，岩性为灰岩，浅灰色，细晶结构，薄至中厚层状，含方解石脉，含黄铁结核，水溶蚀线发育，厚1.17 ～6.62 m，平均2.78 m。矿区内该标志层层位、岩性、厚度较稳定，上距9 号煤层1.16 ～7.20 m，平均4.20 m，下距11号煤层13.12 ～17.66 m，平均14.76 m，是对比9、11 号煤层的良好标志层[6]。

3.1.3 B3标志层

位于含煤地层龙潭组下部，岩性为灰岩，灰色、浅灰色，细晶结构，发育斜交裂隙，被方解石填充，局部溶蚀现象发育。局部含少量黄铁矿结核和方解石脉，灰岩薄到中厚层状，厚0.48～2.84 m，平均1.65 m，该标志层层位、岩性、厚度、分布较稳定。上距13 号煤层为5.32～10.47 m，平均7.14 m，下距14 号煤层为0.29～2.12 m，平均1.09 m。是对比13、14 号煤层的良好标志层。

3.1.4 B4标志层

位于含煤地层龙潭组底部，岩性为铝土质泥岩，呈灰色、灰白色，具滑感、鲕状结构，含丰富的星散状黄铁矿、团块状黄铁矿结核，厚度2.04 ～11.10 m，平均3.83 m，该标志层层位、岩性、厚度较稳定，上部紧接着为15 号煤，是煤系地层结束的稳定标志层，也是对比15 号煤的良好标志。

3.2 层间距

层间距是衡量煤层倾角和垂直度的重要指标，作为确定煤层对比的方法之一，从钻孔揭露以及以往地质资料来看，区内各煤层层间距变化较大[7]，但从同一条勘探线和相邻钻孔所揭露的数据来看，煤层层间距相对比较稳定，区内煤层都是近距离煤层，这种特征可作为煤层对比的辅助支撑。

3.3 煤层自身特征

（1） 层位。

9 煤层在区内具有层位和厚度较稳定的特征，位于龙潭组中部，其上无其它可采煤层，其下有稳定的灰岩作为标志层；15 煤层位于煤系地层龙潭组底部，其下无其它煤层，多与浅灰色、灰白色铝土质泥岩直接接触。这两层煤对比关系确定后，其它煤层可根据其上下关系进行对比。

（2） 厚度。

9 煤层是全区分布最广和最稳定的煤层，其为龙潭组厚度大于2 m 的煤层，其上下无其它煤层大于2 m。

（3） 结构。

15 煤层在区内的表现为，煤层结构较复杂，一般含1 层夹矸，夹矸为泥岩或含炭质泥岩，其中泥岩含少量星散状铁矿，相对其它煤层，在区内所有煤层中其煤层结构最为复杂。

（4） 硫分。

原煤9 号煤为1.23%～6.18%，平均为2.73%；11 号煤2.12% ～4.87%，平均为3.22 %；13 号煤2.19% ～6.64%，平均为4.03 %；14 号煤2.35% ～4.00%，平均为3.10%；15 号煤2.94% ～8.94%，平均为5.61%，原煤硫分在垂向上随深度增加总体上呈波浪形，15 煤层硫分明显大于其余各可采煤层，全区均值在3.67%左右；浮煤9 号煤为0.66%～0.92%，平均为0.77%；11 号煤0.86%～1.30%，平均为1.15%；13 号煤1.01% ～1.65%，平均为1.32%；14 号煤0.83% ～4.39%，平均为2.14%；15 号煤0.91%～6.68%，平均为3.82%，浮煤硫分在垂向上随深度增加先增大后减小。根据煤层含硫量的高低，在近距离煤层进行对比时能明显区别15 煤层。

（5） 灰分：原煤9 号煤为18.77%～35.95%，平均为25.42%；11 号煤22.25%～37.85%，平均为31.69%；13 号煤20.22% ～29.97%，平均为25.66%；14 号煤11.73% ～38.17%，平均为29.04%；15 号煤20.52% ～37.18%，平均为27.12%，原煤灰分在垂向上随深度增加总体上呈波浪形增加；浮煤9 号煤为6.70%～13.36%，平均值为8.19%；11 号煤7.62 ～8.57%，平均为8.20%；13 号煤5.70% ～10.19%，平均为8.33%；14 号煤7.37% ～9.81%，平均为8.88%；15 号煤7.79% ～13.41%，平均为9.43%，浮煤灰分在垂向上随深度增加而无明显变化，但其值比原煤灰分明显减小。

根据《煤炭质量分级第1 部分：灰分》GB/T15224.1-2018 的规定，区内各主要可采煤层属中- 高灰煤，其中9、13、14、15 号煤层为中灰煤（MA），11 号煤为高灰煤（HA）。因此可以能明显区别11 煤层。

3.4 测井曲线对比

3.4.1 方法选择

在定性的基础上采用三侧向电流（D3C） （或电位电阻率NR）、长源距伽马伽马（GGL） （或自然伽马（GR）） 2 种曲线进行定厚解释，岩、煤层物性特征见表3。

表3 岩、煤层物性特征Table 3 Physical properties of rock and coal seam

3.4.2 对比成果

煤层对比主要依据煤岩层的物性特征、曲线的幅度异常、形态异常及特殊形态组合关系等进行对比[8]。

7、9 煤层：该煤组位于龙潭组上部。7 煤层全区局部可才采，顶底板均为泥岩、砂纸泥岩，天然放射性具有明显物性反应特征，其特征描述为，在天然放射性低值过渡到煤地板地层过程中，底板天然放射性呈现台阶状逐渐升高，具有明显的物性反应特征。9 煤层为算量煤层，也是全区的基准煤层。其物性反应明显且全区可采，煤层稳定。物性反应特征为，从7 煤层底板天然放射性由低到高呈阶梯状升高后出现断崖式降低反应煤层。地板物性反应更加明显，呈现山峰状天然放射性升高。9 煤层与B2标志层间距稳定具有很强的物性对比性（图1）。

图1 7 号和9 号煤层曲线特征对比图Fig.1 Curve feature comparison of No.7 and No.9 coal seams

11、13 煤层：该煤组位于龙潭组下部。11、13 煤层均为算量煤层。11 煤层天然放射性极高，是11 煤层的重要物性特征且全区呈现这一特征。13 煤层夹矸中天然放射性具有极高反应数值，并呈现"之"字形态。电性曲线与人工伽马也对以特殊反映相呼应。B3 标志层与13 煤层间距稳定具有很强对比反应（图2）。

图2 11 号和13 号煤层曲线特征对比图Fig.2 Curve feature comparison of No.11 and No.13 coal seams

14、15 煤层：该煤层位于龙潭组底部，14、15 煤层均为不可采煤层，14 煤层发育不稳定，部分钻孔出现缺失。14 煤层位于B3标志层下部，对比简单可靠，曲线反应为标准灰岩压煤反应形态。15 煤层位于B4标志层上部，由于B4标志层是铝土质泥岩，故15 煤层呈现高自然伽马形态[9]，便于区分14 煤层。具有极明显的反应特征（图3）。

图3 14 号和15 号煤层曲线特对比图Fig.3 Curve feature comparison of No.14 and No.15 coal seams

4 煤层及顶底板特征

（1） 9 号煤层。

位于龙潭组中部，上距长兴组底界33.36 ～53.56 m，平均43.13 m；下距11 号煤层15.45 ～31.48 m，平均21.74 m。煤层全层厚度1.18 ～3.40 m，平均2.49，采用煤层厚度0.93 ～3.40 m，平均2.41 m。煤层中夹石0 ～1 层，一般无夹矸，煤层结构简单，属于稳定煤层。

该煤层顶板岩组主要由泥质粉砂岩、粉砂质泥岩组成；底板岩组主要由泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩组成；在该煤层顶底板各岩性中，泥质粉砂岩、粉砂岩属半坚硬岩组，未风化之前稳定性较好，但遇水后则易风化破碎，稳定性相对较差；粉砂质泥岩则属软弱岩组，遇水即风化破碎、膨胀或崩解，稳定性极差。该煤层顶底板岩组岩石质量指标大多为Ⅱ、Ⅲ类, 顶板岩性RQD 值为21%～74%，底板岩性RQD 值为57%～74%。因此，根据该煤层顶底板各种岩性组合以及岩石物理力学性质数据，该煤层顶底板岩组稳定性良—中等。

（2） 11 煤层。

位于龙潭组中下部，上距9 煤层15.45 ～31.48 m，平均21.74 m；下距13 煤层6.09 ～13.41 m，平均12.45 m。煤层全层厚度0.27 ～1.91 m，平均0.87 m；采用煤层厚度0.27 ～1.91 m，平均0.76 m。煤层夹矸0～2 层，一般夹矸1 层，煤层结构较简单。属较稳定煤层。

该煤层顶板岩组主要由泥质粉砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、石灰岩组成；底板岩组主要由泥质粉砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩组成；在该煤层顶底板各岩性中泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、属半坚硬岩组，未风化之前稳定性较好，但遇水后则易风化破碎，稳定性相对较差；粉砂质泥岩则属软弱岩组，遇水即风化破碎、膨胀或崩解，稳定性极差。该煤层顶底板岩组岩石质量指标大多为Ⅱ、Ⅲ类，顶板岩性RQD 值为55%～78%，底板岩性RQD 值为58%～86%。因此，根据该煤层顶底板各种岩性组合以及岩石物理力学性质数据，该煤层顶底板岩组稳定性良—中等。

（3） 13 煤层。

位于龙潭组下部，上距11 煤层6.09 ～13.41 m，平均12.45 m；下距14 煤层6.83 ～15.43 m，平均9.92 m。煤层全层厚度0.56 ～2.16 m，平均1.21 m；采用煤层厚度0.56 ～1.88 m，平均1.08 m。夹石0 ～1 层，一般1 层夹矸，煤层结构较简单，为较稳定煤层。

该煤层顶板岩组主要由泥质粉砂岩、粉砂质泥岩组成；底板岩组主要由泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、、粉砂质泥岩组成；在该煤层顶底板各岩性中泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、属半坚硬岩组，未风化之前稳定性较好，但遇水后则易风化破碎，稳定性相对较差；粉砂质泥岩则属软弱岩组，遇水即风化破碎、膨胀或崩解，稳定性极差。该煤层顶底板岩组岩石质量指标大多为Ⅱ、Ⅲ类，顶板岩性RQD 值为57%～84%，底板岩性RQD 值为71%～96%。因此，根据该煤层顶底板各种岩性组合以及岩石物理力学性质数据，该煤层顶底板岩组稳定性良—中等。

（4） 14 煤层。

位于龙潭组下部，上距13 煤层6.83 ～15.43 m，平均9.92 m；下距15 煤层3.65 ～5.37 m，平均4.43。煤层全层厚度0.42 ～1.20 m，平均0.79 m；采用煤层厚度0.42 ～1.02 m，平均0.76 m。夹石0 ～1 层，一般1 层夹矸，煤层结构较简单，大部可采，为较稳定煤层。

该煤层顶板岩组主要由泥质粉砂岩、粉砂质泥岩组成；在该煤层顶底板各岩性中，泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩组成，在该煤层顶底板各岩性中泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩属半坚硬岩组，未风化之前稳定性较好，但遇水后则易风化破碎，稳定性相对较差；粉砂质泥岩则属软弱岩组，遇水即风化破碎、膨胀或崩解，稳定性极差。该煤层顶底板岩组岩石质量指标大多为Ⅱ、Ⅲ类,少数为Ⅳ类，顶板岩性RQD 值为32%～96%，底板岩性RQD 值为37%～96%。因此，根据该煤层顶底板各种岩性组合以及岩石物理力学性质数据，该煤层顶底板岩组稳定性中等—差。

（5） 15 煤层。

位于龙潭组下部，上距14 煤层3.65 ～5.37m，平均4.43 m；下距茅口组（P2m） 灰岩2.48 ～21.87 m，平均9.31。煤层全层厚度0.33 ～1.94 m，平均0.90 m；采用煤层厚度0.33 ～1.76 m，平均0.80 m。夹石0～1 层，一般1 层夹矸，煤层结构较复杂，属较稳定煤层。

该煤层顶板岩组主要由泥质粉砂岩、粉砂质泥岩组成；底板岩组主要由泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、铝土质泥岩组成；在该煤层顶底板各岩性中泥质粉砂岩、粉砂岩、属半坚硬岩组，稳定性相对较差；铝土质泥岩则属软弱岩组，遇水即风化破碎、膨胀或崩解，稳定性极差。根据本次工作4 钻孔工程地质编录资料，该煤层顶底板岩组岩石质量指标大多为Ⅱ、Ⅲ类,少数为Ⅳ类，顶板岩性RQD 值为32%～96%，底板岩性RQD 值为37%～96%。因此，根据该煤层顶底板各种岩性组合以及岩石物理力学性质数据，该煤层顶底板岩组稳定性中等—差。

综上所述，9 号煤为全区可采，其余煤层均为大部可采可采煤层，因而可明显对比出9 号煤层；而矿区内9、11、13 煤层顶底板岩组稳定性良—中等，14、15 煤层顶底板岩组稳定性中等—差，因此能明显对比13、14 煤层。

5 结语

通过以上综合研究可知，方兴煤矿矿区位于大顶坡背斜北西翼中段，总体为一单斜构造，区内构造以断裂为主，共发育3 条断层，断层性质查明或基本查明，次一级褶曲不发育。井田内断层均对煤层开采有影响，究其原因是其中小断裂使煤层产状发生变化，破坏煤层结构，并导致煤层空间不连续，致使煤层增厚变薄现象发生。矿区构造复杂程度中等。区内可采煤层共5 层分别为9、11、13、14、15，其中9 号煤层为全区可采煤层，也是全区的基准煤层，一般无夹矸，煤层结构简单，余下4层煤均为大部可采煤层。从整个矿区来看可采煤层厚度有一定变化，为薄—中厚层，结构简单至较复杂。各煤层的变化受沉积环境的控制较为明显，赋煤位置及厚度虽然有所变化，但整体而言煤系顶底部灰岩、铝土质泥岩特征明显、分布稳定，对矿区煤层对比有较好的促进作用。结合标志层、煤层自身特征及测井曲线，该矿区煤层对比清楚，煤层对比可靠。