山西省沁水煤田东掌研究区可采煤层特征及稳定性评价

刘海滨

（山西省地质勘查局二一二地质队有限公司，山西长治 046000）

东掌煤矿位于山西省长治市上党区南宋镇东侧赵村—东掌村一带，该研究区地质工作始于1917 年王竹泉在本地区做过矿产调查，1957～1958 年山西省煤管局114队在长治区进行了普查勘探找煤工作。1983～1984 年山西省地矿局二一二地质队勘查了王庄煤矿，大致了解了其所有可采煤层的结构、厚度以及层位的情况，本研究参考前人的成果，通过标志层以及煤层间距法等，采集有关资料与数据，分析评价了研究区煤层的稳定性与特征，希望可以为后续的开发提供依据，使开发工作可以顺利推进。

1 研究区地质

地层从老到新的依次是奥陶系中统峰峰组（O2f）、石炭系中统本溪组（C2b）、石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、二叠系下统下石盒子组（P1x）、二叠系上统上石盒子组（P2s）、第四系中更新统（Q2）、第四系中更新统（Q3）与第四系全新统（Q4），具体为：

O2f：该组属于含煤地层基底，石灰岩占比相对较高。区域全组厚度为146m，揭露最大厚度为18.01m。

C2b：灰—灰黄色泥岩主要分布于其上层部分，铁质泥岩夹薄层砂质泥岩或浅灰色铝土质泥岩存在于其该组的下部，底部的一些区域存在黄铁矿，主要为星散状、团块状与结核状。最大厚度为9.16 米，最小厚度为2.37米，厚度的均值为4.50米。

C3t：该组为研究区的一个重要的含煤层，主要构成分部是石灰岩、煤层、砂质泥岩、泥岩与砂岩，属于海陆交互相含煤沉积岩系，最大厚度为111.28 米，最小厚度为103.15米，厚度的均值为109.35米。

P1s：该组的主要构成部分是煤层、泥岩、砂质泥岩与砂岩，属于陆相含煤岩系地层，有3个含煤层，区域的中下部为3号煤层，稳定性相对较高。

图1 研究区地质图

P1x：该组主要在井田的西北与中部地区，分布相对较少，以泥岩、砂质泥岩与砂岩为主，具体有较多的铝土，最大厚度为62.55 米，最小厚度为55.87 米，厚度的均值为59.75 米，沉积在下伏地层，整合接触，具有连续性。

P2s：该组在下石盒子组以上，处于连续沉积的状态，属于河流相沉积岩系，以泥岩、粉砂岩、细砂岩为主，主要为灰黄色与灰绿色，厚度的最大值是108.31米，一般在西北与南部分布。

Q2：该组含钙质结核，亚粘土较多，为浅红色，厚度的最大值为45米，厚度的均值为20米。

Q3：该组的亚粘土夹砂砾石层与亚砂土较多，颜色为土黄或是浅黄色，厚度的最大值为18米，均值为8米。

Q4：岩性主要为粉砂土及砂砾层、卵石层。厚0～22m，平均5.00m。

2 可采煤层特征

井田内可采煤层为3号和15号煤层，2层煤均全区稳定可采，现分述如下：

3 号煤层：位于山西组中下部，上距下石盒子组底K8砂岩37.67～44.05m，平均40.56m，下距K7砂岩0.45～9.36m 平均5.76m。煤层厚2.42～7.63m，平均4.95m，煤层厚度变异系数为22%，可采性指数为1，本区3号煤层稳定、厚度大，呈现北西部略厚，中部和南部略薄，井田北中部局部风氧化或者剥蚀。

15 号煤层：15 号煤层位于太原组下部（C3t1上部），上距14 号煤层底0～2.72m，平均1.63m，下距K2灰岩底0～3.97m，平均1.98m。上距3 号煤层底100.15～130.97m，平均107.29m，下距K1砂岩底（C2b界线）4.80～10.29m，平均7.85m。K1砂岩在井田内不稳定，多为砂质泥岩或铝土质泥岩，15 号煤层厚2.58～7.00m，平均4.15m。煤层稳定，厚度大，厚度变异系数为24%，可采性指数为1，为稳定可采煤层。

3 煤层稳定性评价

3.1 影响煤层稳定性因素

3.1.1 地壳运动对煤层稳定性的影响

晚古生代之后东亚发生的侏罗—白垩纪燕山运动的地壳活动剧烈程度最大，早期的挤压方向为东西向，太岳山与太行山的隆起等与该活动有关，在形成隆起的同时，也形成了大量褶曲与压性裂隙，接下来又出现了左右旋运动，导致断裂面出现位移，形成了地堑。此次燕山运动影响煤层的特征与连续性相对较为明显。

3.1.2 构造作用对煤层的破坏

断层的方向主要是东西向，在南部分布较多，具有相对较长的平面延伸，大致横跨了整个区域，存在明显的断距，对煤层的特征产生了明显的影响。

3.2 煤层稳定性评价指标

3.2.1 煤层厚度指标评价

在对煤层稳定性进行评价时经常会运用煤层厚度变异系数，该系数属于定量指标，具有较强的客观性，可以说明厚度的变化情况，在评定时会运用均方差值（S）与变异系数（γ），具体如下。

上式内，S、n、、M1与γ 分别代表的是均方差、见煤点数、煤层厚度均值、见煤点厚度测量数据与煤厚变异系数。

3.2.2 煤层可采性指数指标评价

上式内，n'、n 与Km分别代表的是见煤点中厚度在可采厚度以上的数量、见煤点总数与煤层可采指数。

3.3 煤层稳定性评价结果

通过煤层结构、可采性与厚度的情况进行分析可以发现，15 号与3 号的变异系数依次是24%与22%，可采指数均为1。3 号煤层常含1 层夹矸，为简单结构。15号煤层一般含0～2层夹矸，多者有3层，为较简单结构。综上所述，3 号煤层及15 号煤层均为稳定全区可采煤层。

4 结语

东掌研究区含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，含可采煤层2 层，3 号煤层和15 号煤层。控制可采煤层的标志层有4 层，K1砂岩和K2灰岩控制了15号煤层，分别位于煤层下部及上部；K7砂岩和K8砂岩控制了3 号煤层，分别位于煤层下部和上部。根据煤层厚度、可采情况及其煤层结构的分析，3号、15号煤层均为稳定全区可采煤层。