劉愛兄
(神華準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)
隨著煤炭資源高強(qiáng)度開采,后備常規(guī)儲(chǔ)量不足的問題日益凸顯,因此探討煤層賦存及煤質(zhì)特征,研究成煤環(huán)境,為合理開采煤炭資源提供技術(shù)支撐,為高效利用煤炭資源提供一定依據(jù)具有重要意義[1-2]。
哈爾烏素煤礦是我國(guó)“十一五”期間重點(diǎn)建設(shè)的特大型煤礦,初步設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2 000 萬t/a,經(jīng)擴(kuò)能改造后,目前生產(chǎn)能力已達(dá)到3 500 萬t/a。礦區(qū)面積約61.43 km2,已探明煤炭資源儲(chǔ)量17.3 億t。
山西組是本區(qū)次要含煤地層,含煤3 層,從上到下的編號(hào)為1、3、5 號(hào)煤,5 號(hào)煤局部可采,1、3 號(hào)煤均不可采。其地層巖性段為:上段為夾黏士巖、粉砂巖和泥巖,灰白色、深灰中粗粒致密砂巖,含有小礫石及云母片;中段由泥巖灰白色、黏土巖、灰黑色中細(xì)粒砂巖組成,含有1、3 號(hào)煤層;下段主要是灰色細(xì)砂巖及深灰色泥巖,5 號(hào)煤層位于砂巖中上部,煤層厚度為0~2.88 m。
太原組是本區(qū)主要含煤地層,含有6、7、8、9、10號(hào)煤。6 號(hào)煤層為主采煤層,根據(jù)其結(jié)構(gòu)及煤質(zhì)特征可分為6 個(gè)分煤層(6I、6II、6III、6IV、6V、6VI)。該組地層可劃分為上、下2 個(gè)巖性段:上段的主要組成部分是6 號(hào)煤和其頂?shù)装迳百|(zhì)泥巖、鋁土質(zhì)泥巖、黏土巖,夾有灰色透鏡狀砂巖;下段主要的組成部分是砂質(zhì)泥巖、黏土巖夾多層砂巖、灰黑色深灰色泥巖。含7、8、9、10 號(hào)煤,該段巖性及厚度在傾向上變化很大、走向上變化也很大,相變也較大。8、9 號(hào)煤層之間有1 層較穩(wěn)定的泥灰?guī)r,厚度約1 m,海相動(dòng)物化石和生物碎屑發(fā)育其中,作為煤層對(duì)比標(biāo)志是很好的,相向北逐漸變?yōu)槟鄮r、鈣質(zhì)泥巖,以至砂巖。本段各煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,經(jīng)常變簿以至消失。底部發(fā)育有較穩(wěn)定的灰白色細(xì)-粗粒石英砂巖,發(fā)育有致密堅(jiān)硬的富含鐵質(zhì)的硅質(zhì)膠結(jié)[3]。
5 號(hào)煤層分布在礦區(qū)東南、西南和中部,可采面積為5.308 km2,處于山西組中下部,與6 號(hào)煤層間距變化較大,間距范圍7.61~28.58 m,平均14.03 m。5 號(hào)煤層含有夾矸0~5 層,一般是1~2 層,夾矸厚度0~1.01 m,煤層厚度約0~2.88 m。在本礦區(qū)北部較厚,南部較薄,西部較厚,東部較薄。頂板為砂巖、泥巖,底板是泥巖或黏土巖,屬于較穩(wěn)定大部分可采煤層。鉆孔編號(hào)為BK1806 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最大是2.88 m。鉆孔編號(hào)為522 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最小是0.1 m[4]。受構(gòu)造和沉積環(huán)境的影響,煤層厚度在平面上呈現(xiàn)出了差異。
6 號(hào)煤層是本礦區(qū)復(fù)煤層,位于太原組上段,與上部5 號(hào)煤層平均間距為14.02 m,厚度25.53~39.32 m,平均33.70 m,含夾矸層5~20 層,夾矸總厚度范圍1.05~11.47 m。6 號(hào)煤厚度巨大,結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,層位相對(duì)穩(wěn)定,是本礦區(qū)較穩(wěn)定的可采煤層[5]。
1)6I 煤層位于6 號(hào)復(fù)煤層頂部,區(qū)內(nèi)106 個(gè)鉆孔中,見煤點(diǎn)106 個(gè),其中可采點(diǎn)101 個(gè)。煤層總厚度0.45~7.03 m,平均厚度3.11 m,鉆孔編號(hào)為BK2005 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最高是7.03 m,鉆孔編號(hào)為HS143 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最低是0.45 m。小范圍無煤或者毫無開采價(jià)值,剩余的大部分均具有可采價(jià)值,西北較厚,東南較薄,中部部分地區(qū)較厚。含有夾矸0~3 層,夾矸總厚度范圍在0.32~4.91 m,平均夾矸厚度2.04 m。夾矸巖性以黏土巖、泥巖為主。煤層頂板巖性為黏土巖,底板的巖性是黏土巖。
2)6II 煤層是高灰煤,賦存于6 號(hào)復(fù)煤層的上段,6II 煤層的厚度范圍0.78~7.56 m,平均厚度是4.25 m,鉆孔編號(hào)為BK1906 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最高是7.55 m,鉆孔編號(hào)為BK2002 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最低是0.77 m。西北較厚,東南較薄,大部分均具有可采價(jià)值。頂板巖性一般為泥巖,變薄地段可見砂巖。為全區(qū)可采煤層。
3)6III 煤層位處6 號(hào)復(fù)煤層的中上部,厚度在0.41~6.38 m。結(jié)構(gòu)單一,不含夾矸,鉆孔編號(hào)為H292 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最高是6.37 m,鉆孔編號(hào)為508 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最低是0.4 m。厚度變化較小,屬較穩(wěn)定煤層。
4)6IV 煤位處6 號(hào)復(fù)煤層中部位置,上距6Ⅲ煤層約0.27 m,平均厚度18.19 m。鉆孔編號(hào)為BK1501 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值為23.29 m,鉆孔編號(hào)為BK1906 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最小為2.88 m。含夾矸1~18 層,夾矸平均厚度1.22 m,煤層頂板巖性以黏土巖、泥巖為主,具有東南薄,西北厚的變化規(guī)律。6V 煤位于6 號(hào)復(fù)煤層的底部,厚度差異較大,距6VI 分煤層平均約0.36 m。
據(jù)了解,根據(jù)《江西省2018-2020年農(nóng)機(jī)新產(chǎn)品購置補(bǔ)貼試點(diǎn)實(shí)施方案》,江西將在全省范圍內(nèi)開展水果分級(jí)機(jī)購置補(bǔ)貼試點(diǎn)工作,并在省內(nèi)蔬菜發(fā)展力度較大的22個(gè)縣(市、區(qū))開展溫室大棚購置補(bǔ)貼試點(diǎn)工作。相關(guān)試點(diǎn)工作截止時(shí)間為2020年10月31日,試點(diǎn)期間江西將安排9000萬元用于相關(guān)農(nóng)機(jī)新產(chǎn)品購置補(bǔ)貼;補(bǔ)貼對(duì)象為江西省行政區(qū)域內(nèi)從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的個(gè)人和各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)組織。
5)6V 煤位于6 號(hào)復(fù)煤層的下部,厚度變化較大,上距6IV 分煤層0~1.17 m,平均0.36 m。區(qū)內(nèi)厚度0~5.23 m,平均1.52 m。鉆孔編號(hào)為282 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最高是5.23 m,鉆孔編號(hào)為BK1904 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最低是0.25 m。含夾矸0~4 層,其夾矸巖性多為黏土巖、炭質(zhì)泥巖,具有北部、西部薄,南部、東部厚的規(guī)律。
6)6VI 煤層位于6 號(hào)復(fù)煤層的底部。上距6V 分煤層0~2.17 m,厚度0~3.40 m,平均1.52 m,含夾矸0~3 層,鉆孔編號(hào)為283 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最高為3.4 m,鉆孔編號(hào)為N53 對(duì)應(yīng)的煤層厚度值最小為0.28 m。其頂?shù)装寮皧A矸巖性多為炭質(zhì)泥巖、泥巖,具有西南薄,東北厚的煤厚變化特征。
5 號(hào)煤層底板等高線及構(gòu)造綱要圖如圖1,6 號(hào)煤層底板等高線及構(gòu)造綱要圖如圖2。從煤層底板標(biāo)高等值線可以看出,5 號(hào)煤層底板標(biāo)高平均值是977.94 m,東部的煤層底板等高線較西部高,呈東高西低分布,東西煤底板落差約50 m 之多,東部有背斜出現(xiàn),南部有向斜出現(xiàn),并伴有微小斷層構(gòu)造。6煤層底板標(biāo)高平均值為951.89 m,西部煤層底板較低,東部煤層底板較高,東西部煤層底板落差約60 m,東部有背斜出現(xiàn),南部有向斜出現(xiàn),并伴有微小斷層構(gòu)造。5 煤層和6 煤層底板均呈現(xiàn)東高西低的分布特征,背向斜褶皺變化寬緩,微小型斷層稀疏,構(gòu)造簡(jiǎn)單。
圖1 5 號(hào)煤層底板等高線及構(gòu)造綱要圖
圖2 6 煤層底板等高線及構(gòu)造綱要圖
在詳細(xì)分析本區(qū)地質(zhì)資料之后,在物理性質(zhì)上各煤層變化不大。6 號(hào)煤層與上部煤層比較,光澤略強(qiáng),但是其它的特征有相同的地方。以6 號(hào)煤為例敘述于下:顏色為黑色,條痕色為黑褐色,斷口參差狀,油脂光澤,寬條帶狀結(jié)構(gòu),水平層理,暗煤和亮煤是其主要煤巖成分,有少量的鏡煤條帶和較發(fā)育的絲炭,為半暗型煤。5 號(hào)煤層視密度為1.5,真密度為1.65;6 號(hào)煤層視密度為1.40,真密度為1.53[6]。6 號(hào)煤層主要是由于煤中礦物含量降低導(dǎo)致視密度降低。各煤層密度匯總見表1。
4.2.1 水 分
5 號(hào)煤層水分平均值是3.84%,南部和西部水分含量低,北部和東部水分含量高。6I 煤層水分含量平均值在3.82%。6II 煤層的水分含量平均值為3.66%。6III 煤層水分含量平均值約4.08%。6IV 煤層水分含量平均值是3.96%。6V 煤層水分含量平均值3.55%。6VI 煤層水分含量平均值3.45%。6I~6VI 煤層水分值特征都是中部地區(qū)較低,四周偏高,其中6III 煤層水分值平均含量最高,6VI 煤層水分含量平均值最低。各煤層的水分值相對(duì)一致,微小的差異是由沉積環(huán)境和構(gòu)造所導(dǎo)致。
表1 各煤層密度匯總
4.2.2 灰 分
5 號(hào)煤層干燥基灰分范圍7.88%~39.81%,平均25.91%,屬中灰煤。鉆孔編號(hào)為HS137 對(duì)應(yīng)的灰分值最低,是7.88%。灰分整體上是西北高,東南低。6I煤層灰分范圍為9.09%~39.82%,平均為26.54%,屬于中灰煤。
在平面上,H292 鉆孔灰分值最高為39.82%,HS142 對(duì)應(yīng)的灰分值最低是9.09%,灰分整體上是東北高,西南低。6II 煤層原煤灰分范圍20.05%~39.94%,平均為30.16%,屬中高灰煤。在平面上,鉆孔編號(hào)為HS176 對(duì)應(yīng)的灰分值最高,達(dá)到了39.94%。灰分值特征是西北高,東南低。6III 煤層灰分是8.43%~35.14%,平均灰分21.36%,屬中灰煤。平面上,鉆孔編號(hào)為HS185 對(duì)應(yīng)的灰分值最高,達(dá)到35.14%,鉆孔編號(hào)為HS146 對(duì)應(yīng)的灰分值最低是8.43%。灰分值特征是東北高,西南低。6IV 煤層灰分11.56%~31.57%,灰分值平均17.41%,屬低灰煤。平面上,鉆孔編號(hào)BK1706 對(duì)應(yīng)的灰分值最高為31.57%,鉆孔編號(hào)H1502 對(duì)應(yīng)的灰分值最低是11.56%?;曳种堤卣魇俏鞅备?,東南低。6V 煤層灰分是10.33%~39.61%,平均灰分值為19.92%,屬低灰煤。平面上,BK1903 編號(hào)孔灰分最高為39.61%,鉆孔編號(hào)為BK2003 灰分值最低是10.33%?;曳种堤卣鳀|北高,西南低。6VI 煤層原煤灰分值范圍是9.19%~37.33%,灰分值平均為22.44%。屬中灰煤。平面上,鉆孔編號(hào)660 對(duì)應(yīng)的灰分值最高為37.33%,鉆孔編號(hào)為HS135 灰分值是9.19%?;曳种堤卣髡w上西北低,東南高。
總之,6II 煤層平均灰分值最高,6IV 煤層平均灰分值最低。各煤層的灰分不一致,但5 號(hào)煤層、6I、6III、6IV 煤層的灰分值特征規(guī)律基本一致。
4.2.3 揮發(fā)分
5 號(hào)煤揮發(fā)分值范圍是35.59%~44.11%,平均40.64%。屬高揮發(fā)分煤。6I 煤層平均揮發(fā)分為39.01%,6II 煤層平均揮發(fā)分為38.02%,6III 煤層平均揮發(fā)分為38.41%,6IV 煤層平均揮發(fā)分為38.66%,6V 煤層揮發(fā)分平均為38.58%,6VI 煤層揮發(fā)分平均為38.97%,依據(jù)MT/T 849—2000 煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),6I、6II、6III、6IV、6V、6VI 煤層屬高揮發(fā)分煤。整體上而言,各個(gè)煤層的揮發(fā)分值含量基本相同,各煤層干燥無灰基揮發(fā)分29.39%~75.07%,因沉積環(huán)境和構(gòu)造的差異導(dǎo)致了灰分?jǐn)?shù)值在平面上的差異。
4.2.4 硫 分
5 號(hào)煤層原煤干燥基全硫值范圍在0.27%~1.22%,平均為0.52%,特低硫、低硫煤是主要的組成部分。鉆孔編號(hào)為HS141 對(duì)應(yīng)的硫分值最高是1.22%,鉆孔編號(hào)為N53 對(duì)應(yīng)的硫分值最低為0.27%。由等值線圖可以知道,礦區(qū)中部地區(qū)硫分值較低,四周偏高,其中北部局部地方較高。
6I 煤分層全硫在0.18%~1.91%之間,少量中硫煤占7.35%,主要組成部分特低硫煤占57.35%。硫分值特征是中部地區(qū)較低,四周較高。6II 煤分層全硫0.18%~1.50%,平均為0.48%,特低硫煤為主要的組成部分,占67.16%,一少部分的低硫煤,占26.86%。硫分值特征是中部地區(qū)較低,四周較高,有2 個(gè)硫分值較高的區(qū)域分別在西北和東部礦區(qū)[2]。6III 煤分層全硫0.33%~1.68%,平均0.55%。特低硫煤為主要的組成部分,占61.76%,少量的低硫煤,占33.82%。硫分值特征是中部地區(qū)較低,四周較高。6IV 煤分層全硫0.35%~2.12%,平均0.57%。特低硫、低硫煤為主要的組成部分,分別占43.48%、53.62%。硫分值特征是中部相對(duì)四周較低,其中東北部區(qū)域硫分值異常高。6V 煤分層全硫0.18%~1.15%,平均為0.55%。特低硫、低硫煤為主要的組成部分,分別占42.86%、52.38%,少量的中、中高硫煤,占4.76%。硫分值特征是中部較低,四周較高,硫分值離散值較小。6VI 煤分層全硫0.27%~3.38%,平均為0.55%。其組成部分特低硫煤占58.73%,低硫煤占36.51%,中硫煤和高硫煤占3.17%、1.59%。硫分值特征是中部較低,四周較高。其中礦區(qū)北部硫分值異常高。依據(jù)GB/T 15224.2—2010 硫分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),各煤層硫分等級(jí)為特低硫煤~低硫煤[7]??傮w上而言,沉積環(huán)境和構(gòu)造的差異導(dǎo)致了硫分?jǐn)?shù)值在平面上的變化。
4.2.5 發(fā)熱量
5 號(hào)煤原煤干燥基低位發(fā)熱量平均為21.47 MJ/kg,一般為6.57~28.56 MJ/kg。6I 煤分層原煤干燥基低位發(fā)熱量平均為20.60 MJ/kg,一般為6.61~27.95 MJ/kg;6II 煤分層6.46~27.70 MJ/kg,平均為19.52 MJ/kg;6III 煤分層16.19~28.56 MJ/kg,平均為23.60 MJ/kg;6IV 煤分層19.44~27.20 MJ/kg,平均為25.11 MJ/kg;6V 煤分層10.63~28.10 MJ/kg,平均為23.99 MJ/kg;6VI 煤分層14.85~27.78 MJ/kg,平均為23.70 MJ/kg。
在石炭紀(jì)之前,經(jīng)過一系列的地質(zhì)作用準(zhǔn)格爾地區(qū)地形相當(dāng)平坦,一定程度上奠定了石炭、二疊系的穩(wěn)定沉積。在晚石炭世本溪期,準(zhǔn)格爾地區(qū)東部接受了沉積,本溪組沉積具有填平補(bǔ)齊的特征,并伴有來自東南方向的華北陸表海侵,障壁海岸和局限臺(tái)地一套沉積組合巖系。晚石炭世太原期:繼續(xù)海侵,互相溝通的華北和北祁連海,統(tǒng)一的濱淺海形成,全區(qū)大范圍內(nèi)接受沉積,以河流三角洲沉積環(huán)境為主的一套含煤巖系形成。巨厚的泥炭層積聚,全區(qū)廣泛分布的6 號(hào)巨厚煤層形成。早二疊世山西期:由于一系列的地質(zhì)作用,以河流體系為主的一套碎屑巖系形成[8]。整體而言,從晚石炭世本溪期開始,準(zhǔn)格爾煤田逐漸整體沉降,一直到二疊紀(jì)山西期水體淺化至萎縮,準(zhǔn)格爾煤田沉積體系表現(xiàn)是:本溪期是局限臺(tái)地和障壁海岸沉積體系;太原期是河流三角洲沉積體系;早二疊世山西期是以海退沉積序列為主的河流沉積體系。
準(zhǔn)格爾煤田屬于華北賦煤構(gòu)造區(qū)內(nèi)鄂爾多斯盆地北部賦煤構(gòu)造帶內(nèi)的三級(jí)賦煤構(gòu)造單元[9],經(jīng)歷了一系列的地質(zhì)作用后,在晚石炭世才有緩慢的地殼升降運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致海水時(shí)進(jìn)時(shí)退,上石炭世形成海陸交互相的沉積。在晚石炭世海水緩慢退出,瀉湖海灣、沼澤相、三角洲、和泥炭沼澤相的沉積形成,地殼下降速度與沉積速度相對(duì)平衡,濕潤(rùn)的氣候,非常有利于成煤植物生長(zhǎng)[10],太原組與山西組巨厚的煤層形成。走向近SN,向W 傾斜、東部隆起、西部坳陷是準(zhǔn)格爾煤田總的構(gòu)造輪廓,屬于構(gòu)造簡(jiǎn)單。煤田構(gòu)造主要形成于地殼升降運(yùn)動(dòng)[11],以褶皺和正斷層的構(gòu)造為主。哈爾烏素煤礦礦區(qū)內(nèi)斷層很少,地形較為平坦。
煤灰中的常量元素,可以指示成煤環(huán)境。一般而言,在淡水環(huán)境中磷酸鹽主要形成磷酸鐵,在咸水環(huán)境中主要形成磷酸鈣,氧化鈣與氧化鈣和氧化鐵含量之和的比值可以體現(xiàn)沉積水介質(zhì)的鹽度,比值越大,反映沉積水介質(zhì)的鹽度越大[12]。煤中灰指數(shù),氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂含量之和與氧化硅、氧化鋁含量之和的比值是反映環(huán)境的參數(shù)之一,將0.23 作為界限劃分泥炭沼澤類型。測(cè)定哈爾烏素煤礦6 號(hào)復(fù)煤層灰分在10%~20%之間,灰分值平均為15.23%,構(gòu)成灰分的主體是氧化鋁和氧化硅,反映哈爾烏素煤礦6 號(hào)復(fù)煤形成于弱還原環(huán)境。就大多數(shù)樣品而言,氧化鋁的含量明顯高于氧化硅,含有其他礦物較少。氧化鈣與氧化鈣和氧化鐵含量之和的比值平均是0.68,氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂含量之和與氧化硅、氧化鋁含量之和的比值變化范圍是在0.01~2.1,比值均值為0.19,沉積水介質(zhì)鹽度總體上是比較穩(wěn)定的,表明可能在煤形成過程中受到了海侵作用的影響??傊M6 號(hào)復(fù)煤層的成煤環(huán)境是海退背景下淺覆水森林沼澤環(huán)境。
1)通過詳細(xì)查閱哈爾烏素煤礦地質(zhì)資料,分析了山西組和太原組所含5、6 號(hào)煤的厚度、煤層底板變化、煤層和夾矸特征,揭露了5 號(hào)和6 號(hào)煤的煤層結(jié)構(gòu)特征。
2)分析了哈爾烏素煤礦山西組5 號(hào)煤層和太原組6 號(hào)復(fù)煤層的水分、灰分、揮發(fā)分、硫分以及發(fā)熱量,結(jié)合煤的物理性質(zhì)和煤巖特征,得出山西組5 號(hào)煤和太原組6 號(hào)煤層煤質(zhì)特征為中灰、高揮發(fā)分、低硫、中熱量煤。
3)探討了區(qū)域沉積環(huán)境和區(qū)域構(gòu)造,研究表明太原組6 號(hào)復(fù)煤層的成煤環(huán)境是海退背景下淺覆水森林沼澤環(huán)境。