鐵永洪

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊，貴州安順561000）

煤炭是我國重要的能源礦產(chǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有舉足輕重的作用，由于我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對煤炭資源的需求量也日益增大，部分煤礦山可采資源已接近枯絕，為了滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求，加強礦山外圍及深部找礦工作勢在必行。長銀煤礦位于貴州省水城縣蟠龍鎮(zhèn)及陡箐鎮(zhèn)，距水城縣城35km，距蟠龍鎮(zhèn)11km，距陡箐鎮(zhèn)8km，其周邊有公路、鐵路相接，交通便利。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

井田大地構(gòu)造位置處于揚子準(zhǔn)地臺黔北臺隆六盤水?dāng)嘞萃幈蔽飨驑?gòu)造變形區(qū)內(nèi)[1]，區(qū)域出露地層主要為石炭系、二疊系，其巖石組合以碳酸鹽巖為主，其次為碎屑巖沉積建造，中二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組則為一套大陸溢流拉斑玄武巖。區(qū)域構(gòu)造以褶皺及斷裂發(fā)育為特征，主要褶皺有三丈水背斜、盤龍向斜、小河邊向斜、土地埡向斜、大河邊向斜、中營向斜，斷裂主要有水城斷裂帶等。礦區(qū)處于三丈水背斜北段西翼，地層倒轉(zhuǎn)，產(chǎn)狀陡立。

區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)主要為煤，其次有鉛鋅礦、硫鐵礦、石灰?guī)r礦；此外局部地區(qū)還產(chǎn)褐鐵礦、高嶺土、釩礦、磷礦等礦產(chǎn)。煤礦為區(qū)域內(nèi)重要礦產(chǎn)資源，主要賦存在二疊系龍?zhí)督M地層中，分布廣，層數(shù)較多，主要煤層層位穩(wěn)定，厚度較大，具有較大的工業(yè)價值。

2 煤礦地質(zhì)特征

2.1 井田地質(zhì)概況

井田內(nèi)出露地層，由老至新主要有茅口組（P2m）、峨嵋山玄武巖組（P3β）、龍?zhí)督M（P3l）、長興組（P3c）、飛仙關(guān)組（T1f）、永寧鎮(zhèn)組（T1yn）、關(guān)嶺組（T2g）、第四系（Q）。井田位于三丈水背斜北段西翼，井田范圍內(nèi)地層均發(fā)生倒轉(zhuǎn)；井田范圍內(nèi)及附近主要有南北向、北西向、東西向斷層，此外，井田內(nèi)還發(fā)育有斷距小于5m的多條斷裂。

2.2 含煤地層特征

本區(qū)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l），為一套海陸交互相含煤沉積地層，主要出露于井田中部，巖性由灰色、黃灰色、紫灰色或淺灰色薄層狀至中層狀細(xì)砂巖、粉砂巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤層組成，夾薄層高嶺石泥巖。在同一煤沉積旋回中，各巖性粒度普遍為漸變關(guān)系，由粗到細(xì)，或由細(xì)到粗，在橫向上相變明顯，由北向南逐漸變厚；垂向上正粒序?qū)永砘蚰媪Ｐ驅(qū)永?。含煤地層與下伏地層呈假整合接觸，含煤層11~43層，一般25層，煤層平均總厚21.50m；含可采煤層7層（C14、C15、C16、C17、C18、C19、C29號），可采煤層總厚為15.58m。

含煤地層厚240.10~311.28m，平均289.60m，厚度較穩(wěn)定；總體上，井田內(nèi)含煤地層厚度從北向南逐漸變厚。據(jù)《貴州煤田地質(zhì)》[1-2]，因井田地層位于六盤水小區(qū)，處于特定的古地理位置（上、下三角洲平原過渡地帶），屬海陸過渡相沉積，受沉積環(huán)境影響，井田內(nèi)含煤地層厚度從北向南逐漸變厚。據(jù)各鉆孔揭露資料顯示，井田內(nèi)在橫向上巖相變化不大，垂向上海進(jìn)海退沉積旋回明顯，表現(xiàn)為多個灰?guī)r—砂巖—泥巖—煤沉積聚煤旋回。

2.3 煤質(zhì)特征

2.3.1 煤的物理性質(zhì)

井田內(nèi)煤層為黑色，粉狀、碎塊狀，以半亮—半暗型煤為主，少量暗煤。中—高硫煤中均含有黃鐵礦，以片狀、團(tuán)塊狀、散星狀及薄層狀存在。同一煤層中半暗煤較堅硬，半亮煤性脆。

根據(jù)煤巖鑒定結(jié)果，煤的顯微組分分為有機組分和無機組分兩類，有機組分又可分為鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組及殼質(zhì)組；無機組分以氧化物類為主，碳酸鹽類和硫化物類礦物次之，含少量粘土類。其中，鏡質(zhì)組以均質(zhì)鏡質(zhì)體、基質(zhì)鏡質(zhì)體為主，另有少量碎屑鏡質(zhì)體出現(xiàn)于粘土基質(zhì)中；可采煤層鏡質(zhì)組含量為21.1%~56.3%，平均為41.33%。惰質(zhì)組為次要組分，以半絲質(zhì)體為主，絲質(zhì)體和碎屑惰質(zhì)體次之，絲質(zhì)體胞腔中充填有粘土礦物；可采煤層惰質(zhì)組含量為3.5%~14.9%，平均為7.63%。殼質(zhì)組為次要組分，以角質(zhì)體和樹脂體為主，碎屑?xì)べ|(zhì)體次之；后者大量出現(xiàn)在基質(zhì)鏡質(zhì)體和基質(zhì)粘土中；可采煤層殼質(zhì)組含量為3.5%~18.6%，平均為10.56%。

井田內(nèi)可采煤層無機組分均主要以粘土礦物為主，黃鐵礦次之，部分方解石，少量石英零星分布。其中，粘土礦物的基質(zhì)狀粘土與其他顯微組分共生現(xiàn)象極為普遍，大部分分布于基質(zhì)鏡質(zhì)體呈顯微層狀出現(xiàn)部分則充填與細(xì)胞腔中，呈團(tuán)塊狀、透鏡狀、細(xì)條帶狀粘土礦物次之；粘土夾矸普遍存在。硫化物組以片狀團(tuán)塊狀黃鐵礦為主，星點狀微粒狀、充填裂隙狀和充填胞腔狀黃鐵礦次之。

鏡煤最大反射率最大為1.21%，最小為1.08%，變質(zhì)階段為Ⅴ階段，全區(qū)煤層鏡質(zhì)組最大反射率隨埋藏深度的增加而增大，顯示了煤的變質(zhì)程度隨埋藏深度的增加而增強。

2.3.2 煤的化學(xué)性質(zhì)

井田內(nèi)煤層原煤水分含量介于0.11%~12.76%，水分總體變化不大,均屬特低水分煤。原煤灰分為5.52%~39.66%，浮煤灰分為6.55%~37.2%，各煤層灰分變化不大,均屬特低灰分煤。依據(jù)《煤炭質(zhì)量分級分》（GB/T15224.1-2010），井田內(nèi)各層煤灰分產(chǎn)率的統(tǒng)計結(jié)果說明該井田內(nèi)主要可采煤層的灰分穩(wěn)定，反映主要可采煤層無機礦物質(zhì)含量穩(wěn)定，為動力用煤中灰煤(MA)。

井田原煤揮發(fā)分為11.36%~39.27%，平均值為24.04%；浮煤揮發(fā)分為11.22%~34.23%，平均值為25.73%，各煤層揮發(fā)分有一定的變化，但主采煤層浮煤揮發(fā)分的平均含量均大于20.00%~28.00%，屬中等揮發(fā)分煤(MV)。井田各煤層固定碳有一定變化，其中，C16煤層浮煤固定碳的平均含量均大于65.00%~75.00%，其他煤層浮煤固定碳的平均含量均大于55.00%~65.00%，根據(jù)相關(guān)規(guī)范,該井田內(nèi)除C16煤為中高固定碳煤(MHFC)，其他煤層均為中等固定碳煤

(MFC)。

根據(jù)井田原煤化學(xué)分析結(jié)果，除C14、C15煤層為中硫煤，其他煤層均為中高硫煤。區(qū)內(nèi)主要可采煤層原煤各種硫主要以黃鐵礦硫形式存在，其次為有機硫，硫酸鹽硫含量較少，全硫（St,d）含量平均為1.65%，硫化鐵硫（Sp,d）含量平均為1.23%，硫酸鹽硫（Ss,d）含量平均為0.12%，有機硫（So,d）含量平均為0.41%。這表明原煤中的硫主要是以無機硫化鐵硫的形態(tài)存在，占總硫分的75%，有機硫只占總硫分的22%。綜上，區(qū)內(nèi)各可采煤層硫分可通過洗選進(jìn)行降低。

井田中原煤磷（P）含量為0.011%~0.02%，平均為0.017%。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，井田可采煤層均為低磷分煤（P-2）。井田原煤砷（As）含量為4~8ppm，平均含量為5ppm；除C18、C29煤層為二級含砷煤（ⅡAs），其他可采煤層為一級含砷煤（ⅠAs）。原煤氟（F）含量為58~101ppm，平均含量為80ppm；除C15、C16、C29煤層均低氟煤(LF)，其他可采煤層均為特低氟煤(SLF)。原煤氯（Cl）含量為0.018%~0.02%，平均為0.019%；全區(qū)可采煤層均屬于特低氯煤（Cl-1）。

井田內(nèi)各煤層原煤鍺（Ge）含量為1~7μg/g，平均為1μg/g。各煤層中原煤鎵(Ga)含量兩極值變化在0~25μg/g之間。各煤層中原煤鎵(Ga)、鍺(Ge)含量均未達(dá)到工業(yè)品位要求(鎵30μg/g、鍺20μg/g)。

3 煤的開采技術(shù)條件分析

3.1 水文地質(zhì)條件

井田屬剝蝕中山—溝谷地貌，受主要構(gòu)造影響，山體與主要構(gòu)造方向基本一致，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)山體呈近南北展布，形成東西兩邊高、中間低的溝谷地形特點。井田含煤系地層直接和間接充水含水層有第四系(Q)、飛仙關(guān)組（T1f）、長興組（P3c）、龍?zhí)督M（P3l）、峨嵋山玄武巖組（P3β）及茅口組（P2m）、棲霞組（P2q）地下水類型為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和碳酸巖類巖溶水。

研究區(qū)內(nèi)地下水均以大氣降水補給為主，大氣降水在茅口組、棲霞組碳酸鹽巖地層中，通過淺表巖溶裂隙，部分賦存在其中。巖層中地下水部分下滲補給下部峨眉山組玄武巖地層，大部分通過徑流以巖溶泉或暗河等形式排泄于區(qū)外河谷中。大氣降水于峨眉山組玄武巖、龍?zhí)督M地層中，少部分降水通過風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙補給地下水，大部分形成地表徑流，匯入霧龍河；峨眉山組玄武巖、龍?zhí)督M地層中的地下水均于井田外南部以泉形式排泄。綜合區(qū)內(nèi)各期勘探鉆孔實測靜止水位，井田內(nèi)地下水水位總體情況為北高、南低，與地形的整體形態(tài)以及主要河流流向一致。

根據(jù)鉆孔施工情況，上述斷層導(dǎo)水性弱或不導(dǎo)水，但煤層開采后可能引發(fā)斷層破碎帶裂隙及其連通性增強，會大大增加斷層的導(dǎo)水性，所以煤礦生產(chǎn)過程中對斷層帶導(dǎo)水引起重視。

3.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)區(qū)內(nèi)巖性特征，各巖土工程地質(zhì)巖組可劃分為堅硬巖組、半堅硬巖組、軟弱巖組及松散巖組三類。其中，堅硬巖組主要為灰?guī)r、結(jié)核灰?guī)r、玄武巖；半堅硬巖組主要為不純的碳酸鹽巖及砂巖等；軟弱巖組主要為泥巖類；松散巖組主要為第四系殘積、坡積土及古滑坡堆積體。

研究區(qū)內(nèi)斷距大于30m的斷層有2條，以近傾向正斷層為主，傾向南西或北東。斷層帶多被充填，深部被方解石薄膜充填，斷層的發(fā)育使巖石力學(xué)強度降低并破壞巖體完整性，導(dǎo)致巖體穩(wěn)定性變差。此外，區(qū)內(nèi)發(fā)育較多節(jié)理裂隙、層理結(jié)構(gòu)面，主要發(fā)育于泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖中，使巖體內(nèi)部結(jié)合力降低。由于這些結(jié)構(gòu)面的存在，巖體的力學(xué)強度降低，當(dāng)巷道穿過這些部位時容易冒頂、片幫、突泥等，對巷道掘進(jìn)、支護(hù)、煤層開采造成很大影響。

3.3 其他開采技術(shù)條件

（1）瓦斯。區(qū)內(nèi)可采煤層的甲烷（含重?zé)N）含量為0.41~62.14mL/(g.r)，平均含量為15.22mL/(g.r)。根據(jù)測試成果及相關(guān)規(guī)范，區(qū)內(nèi)各可采煤層暫時不確定為突出煤層。但由于研究程度較淺，故建議該煤礦在開采未進(jìn)行瓦斯突出鑒定的煤層和開采在鑒定的標(biāo)高在以外的煤層之前先進(jìn)行瓦斯突出鑒定。

（2）煤塵爆炸性及煤的自燃傾向。根據(jù)前人及本次研究成果，研究區(qū)內(nèi)C14、C15、C16、C17、C18、C19、C29煤層的煤塵爆炸性試驗結(jié)果表明，井田范圍內(nèi)的煤層均有煤塵爆炸性危險。此外，煤層自燃傾向性等級試驗結(jié)果顯示，煤吸氧量0.43~0.82cm3/g，所有煤層都屬自燃煤層。

4 結(jié)論

（1）長銀煤礦含煤地層為龍?zhí)督M（P3l），含煤層11~43層，一般25層，煤層平均總厚21.50m；含可采煤層7層，可采煤層總厚為15.58m。

（2）研究成果表明，長銀煤礦煤層屬動力用煤中灰煤(MA)；該井田內(nèi)除C16煤為中高固定碳煤(MHFC)，其他煤層均為中等固定碳煤(MFC)；原煤中的硫主要是以無機硫化鐵硫的形態(tài)存在；區(qū)內(nèi)可采煤層均屬于特低氯煤（Cl-1）；除C29煤層為中發(fā)熱量煤(MQ)，其他煤層均屬于中高發(fā)熱量煤(MHQ)；井田煤層對二氧化碳還原率較低，屬于弱還原性煤。

（3）長銀煤礦水文地質(zhì)條件及工程地質(zhì)條件中等，各煤層均有煤塵爆炸性危險，且所有煤層均為自燃煤層。