苗海周

(山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司常村煤礦)

山西常村煤礦于1985年7月1日動工興建，1995年9月26日建成投產(chǎn)，核定生產(chǎn)能力接近800萬t/a[1-2]。在總結(jié)以往地質(zhì)資料和井巷工程所揭露的地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，分析井田內(nèi)各地層賦存條件及地質(zhì)構(gòu)造特征，研究井田內(nèi)煤層的特征、煤質(zhì)特征及其變化規(guī)律，并對主要可采煤層穩(wěn)定性進行定性和定量評價，以期對工程設(shè)計和礦山生產(chǎn)提供有效指導。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域地層區(qū)劃屬華北地層大區(qū)山西地層分區(qū)中的太行山南段地層小區(qū)[3-4]，地層總體走向NNE向，向西緩傾，可見寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、新近系和第四系地層[5]；區(qū)域性構(gòu)造以沁水復向斜、太行山復式背斜、晉獲斷裂帶和沾尚—武(鄉(xiāng))—陽(城)凹褶帶為主，總體為北東向和北北東向；區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有巖漿巖侵入現(xiàn)象。

2 井田地質(zhì)特征

2.1 煤礦地層

常村煤礦區(qū)井田地表被大面積的第四系覆蓋，局部可見零星出露的二疊系石盒子組砂巖和粉砂巖；井田內(nèi)可見奧陶系上馬家溝組石灰?guī)r、峰峰組白云質(zhì)灰?guī)r，石炭系本溪組粉砂巖、太原組石灰?guī)r和砂巖，二疊系山西組石英砂巖、下石盒子組砂巖和泥巖、上石盒子組石英砂巖、石千峰組中粗粒砂巖，第四系黃土。

2.2 構(gòu) 造

褶曲構(gòu)造和斷裂構(gòu)造均比較發(fā)育。褶曲構(gòu)造以近SN向的背、向斜為主，樞紐近平行，主要為姬村向斜、路村背斜、老軍莊向斜、王村背斜、水東村背斜、宋村向斜和郭莊背斜，近EW向褶曲僅在井田姬村以東分布[6]。斷裂構(gòu)造發(fā)育，井田內(nèi)現(xiàn)有各種工程中共發(fā)現(xiàn)有斷層301條，以落差小于5 m的斷層為主，規(guī)模較大的斷層，如文王山南斷層，安昌斷層，藕澤斷層，F(xiàn)2、F3、Fj18等斷層組成的斷裂帶，常被作為劃分采區(qū)的邊界[7]。

3 煤層特征

3.1 含煤地層

井田內(nèi)主要含煤地層為石炭系太原組和二疊系山西組，含煤地層總厚163.36 m，含煤15層，煤層總厚11.25 m，含煤系數(shù)6.9%。

(1)太原組。太原組平均厚度為109.26 m。含較穩(wěn)定的大部可采煤層15-3#煤層，局部地段達可采不穩(wěn)定的15-1#煤層及不穩(wěn)定薄的6#、7#、8-1#、8-2#、9#、11#、12#、13#、14#、15-2#煤層，太原組煤層總厚5.20 m，含煤系數(shù)4.8%[8]。

(2)山西組。山西組為本礦主要含煤地層，厚度43.63～75.65 m，平均厚度約54.20 m。主要為灰白色、灰色中、細粒石英砂巖，灰色、灰黑色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖互層，含植物化石碎片，含煤3～5層，分別為1#、2#、3#煤層，3#煤層為本區(qū)最主要可采煤層，煤層厚度4.87～7.45 m，平均厚度6.05 m，其它煤層均為不穩(wěn)定薄煤層，局部發(fā)育，均不可采。

3.2 煤巖煤質(zhì)

各煤層均為黑色，塊狀，細、中條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，灰黑色條痕，具玻璃光澤、金剛光澤，呈現(xiàn)階梯狀或參差狀斷口，裂隙較發(fā)育，密度1.49～1.53 t/m3。煤巖以亮煤為主，暗煤次之，夾鏡煤及絲炭條帶，局部含黃鐵礦結(jié)核，煤巖類型以半亮型煤為主，半暗型煤次之。

4 煤層穩(wěn)定性評價

4.1 穩(wěn)定性定性評價

常村煤礦主要可采煤層有山西組3#煤層和太原組15-1#、15-3#煤層，其中各可采煤層特征見表1，各煤層具體特征如下。

4.1.1 3#煤層

位于山西組中、下部，本身厚度大、層位穩(wěn)定為重要的對比標志，煤層厚度4.87～7.45 m，平均厚度6.05 m，結(jié)構(gòu)簡單～復雜；含夾矸0～3層，夾矸厚0.10～0.30 m，僅個別孔夾石變厚達0.75 m，夾矸巖性多為炭質(zhì)泥巖，少數(shù)為泥巖。煤層頂板巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，其上為灰白色厚層中、粗粒砂巖，有時直接覆蓋于3#煤層之上為煤層的直接頂板，底板巖性為黑色粉砂巖、細粒砂巖。該煤層控制程度高，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層(表1)。

表1 常村煤礦可采煤層特征

4.1.2 15-1#煤層

位于太原組下部，厚度0～1.70 m，平均0.62 m，僅在井田東北局部區(qū)域，煤層厚度達到可采以上，煤層一般不含夾矸,局部含1～2層，煤層結(jié)構(gòu)簡單。屬不穩(wěn)定局部可采煤層。

4.1.3 15-3#煤層

位于太原組下部，厚度0～3.10 m，平均1.66 m，上距15-1#煤層4.55～8.04 m，平均6.20 m，含夾矸0～3層，結(jié)構(gòu)簡單，北部大部分區(qū)域達可采厚度，局部頂?shù)装寮皧A石為炭質(zhì)泥巖，屬較穩(wěn)定大部可采煤層。

4.2 穩(wěn)定性定量評定

薄煤層以煤層可采性指數(shù)Km為主，煤厚變異系數(shù)γ為輔；中厚及厚煤層以煤厚變異系數(shù)γ為主，可采性指數(shù)Km為輔。參照指標見表2[9-10]。

表2 評價煤層穩(wěn)定性的主、輔指標

煤層可采性指數(shù)Km計算方法：

(1)

式中，Km為煤層可采性指數(shù)；n為參與煤層厚度評價的見煤點總數(shù)；n′為煤層厚度大于或等于可采厚度的見煤點數(shù)。

煤厚變異系數(shù)γ計算方法：

(2)

(3)

根據(jù)各項指標，采用公式(1)、(2)、(3)計算3、15-1#、15-3#煤層可采性指數(shù)Km，煤厚變異系數(shù)γ，計算結(jié)果見表3和表4。

表3 3、15-1#、15-3#煤層可采性指數(shù)統(tǒng)計

表4 15-1#、15-3#煤層厚度變異系數(shù)統(tǒng)計

(1)3#煤層。3#煤層平均厚度6.05 m，屬厚煤層，其主要指標厚度變異系數(shù)γ=6%≤30%，輔助指標可采性指數(shù)Km=0.99≥0.95，依據(jù)表2標準，本井田3#煤層定量劃分為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。

(2)15-1#煤層。15-1#煤層厚度在0～1.70 m，平均厚度0.62 m，屬薄煤層。其主要指標可采性指數(shù)Km=0.15<0.60，輔助指標厚度變異系數(shù)25%<γ=32%≤35%，依據(jù)表2標準，本井田15-1#煤層定量劃分為極不穩(wěn)定可采煤層。

(3)15-3#煤層。15-3#煤層厚度0～3.10 m，平均1.66 m，屬中厚煤層。其主要指標厚度變異系數(shù)40%<γ=43%≤65%，輔助指標可采性指數(shù)0.95>Km=0.81≥0.80，依據(jù)表2標準，本井田15-3#煤層定量劃分為不穩(wěn)定可采煤層。

綜合上述定性和定量評價、劃分，確定井田3#煤層定性和定量評級一致，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層；15-1#煤層定性評價為不穩(wěn)定局部可采煤層，定量評價為極不穩(wěn)定局部可采煤層，考慮到該煤層可采區(qū)集中于井田東北部，可采區(qū)連續(xù)且可采區(qū)內(nèi)煤厚變化不大，因此最終確定以定性評價結(jié)果為準，為不穩(wěn)定局部可采煤層；15-3#煤層定性評價為較穩(wěn)定大部可采煤層，定量評價為不穩(wěn)定大部可采煤層，考慮到該煤層可采區(qū)連續(xù)且可采區(qū)內(nèi)煤厚變化不大，因此最終確定以定性評價結(jié)果為準，為較穩(wěn)定大部可采煤層。穩(wěn)定和較穩(wěn)定煤層的資源儲量約占全礦井資源儲量的98.82%，其中穩(wěn)定煤層的資源/儲量約占全礦井資源儲量的92.86%，煤層穩(wěn)定程度總體屬簡單類型。

5 結(jié) 語

山西常村煤礦井田內(nèi)主要含煤地層為石炭系太原組和二疊系山西組，含煤地層總厚163.36 m，含煤15層，煤層總厚11.25 m，其中可采煤層以山西組3#煤層和太原組15-1#、15-3#煤層為主。煤層的穩(wěn)定性進行定性和定量分析顯示，常村煤礦井田3#煤層為不穩(wěn)定局部可采煤層，15-1#煤層為不穩(wěn)定局部可采煤層，15-3#煤層為較穩(wěn)定大部可采煤層。常村煤礦煤層穩(wěn)定程度總體屬簡單類型。