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        甘肅省山丹縣平坡煤礦礦區(qū)地質(zhì)及煤層賦存特征

        2021-10-14 06:43:08
        山東煤炭科技 2021年9期

        李 健

        (甘肅煤炭地質(zhì)勘查院,甘肅 蘭州 730000)

        1 概況

        山丹平坡煤礦礦區(qū)可分為一、二、三、四、五、六號共六個(gè)井田。礦區(qū)范圍北起瞭高山,南至峽子山北側(cè)的六號井,東西最大寬度約7 km,南北最長長度12 km,面積約50 km2。礦區(qū)至山丹縣城有公路、專用鐵路線相通,對外交通便利。礦區(qū)勘查歷史悠久,三號井田在明代洪武年間淺部便有小窯開采,屬于甘肅省少有的煉焦配焦用煤產(chǎn)地。本次工作主要在前人工作基礎(chǔ)上對平坡礦區(qū)地質(zhì)及煤層主要賦存特征進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。

        2 礦區(qū)地質(zhì)

        2.1 礦區(qū)地層

        礦區(qū)地層區(qū)劃屬秦祁昆地層區(qū)祁連~北秦嶺分區(qū)北祁連小區(qū),作為本區(qū)主要含煤地層的下二疊統(tǒng)太原組,其地層分區(qū)一般歸于北祁連分區(qū)肅南小區(qū)[1]。根據(jù)地層出露及鉆探揭露情況,下寒武統(tǒng)大黃山群(∈1dh)淺海相淺變質(zhì)巖為本區(qū)的沉積基底;上石炭統(tǒng)羊虎溝組(C2y)為海陸交互相沉積;下二疊統(tǒng)太原組(P1t)為海陸交互相含煤沉積;中二疊統(tǒng)大黃溝組(P2d)、上二疊統(tǒng)窯溝群(P3yg)為陸相碎屑巖沉積;中生界為陸相盆地沉積的碎屑巖,沉積了三疊系中下統(tǒng)西大溝群(P1-2xd)、中侏羅統(tǒng)窯街組(J2y)及下白堊統(tǒng)河口群(K1hk)。新近系臨夏組(N2l)為陸相紅色碎屑巖,第四系(Q)沉積類型多樣。平坡礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造綱要圖如圖1。

        圖1 平坡礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造綱要圖

        本區(qū)主要含煤地層為下二疊統(tǒng)太原組(P1t),主要由灰色、灰黑色、黑色砂巖、頁巖及煤層所組成。根據(jù)巖性,由下而上分為四段,可采煤層賦存于中下部第一段及第二段地層中。

        (1)太原組第一段。主要以砂巖、砂質(zhì)頁巖、頁巖、煤層及石灰?guī)r構(gòu)成。含煤7層,下部5層,俗稱野五列,呈凹鏡狀,厚度變化較大,無開采價(jià)值;上部二層為正底槽和正二槽,中間以4 m的頁巖相隔,為礦區(qū)內(nèi)主要可采煤層。厚度74 m左右。

        (2)太原組第二段。巖性為灰白、灰黑色砂巖及砂質(zhì)頁巖。含煤三層(正中槽、正三槽、正頂槽),在頂槽煤層頂板頁巖中含豐富的動物化石,巖性很穩(wěn)定。平均厚度21 m。

        (3)太原組第三段。底部為石英粗砂巖(K2),灰白色,疏松,含大量長石砂和少量白云母,局部為砂質(zhì)膠結(jié),一般厚度6 m左右,為礦區(qū)主要標(biāo)志層;中上部為黑灰色砂巖、頁巖互層,其中含小五列薄煤三層(底廉子、頂廉子及拉腰子煤層),煤層分布不規(guī)律。平均厚度47 m。

        (4)太原組第四段。底部為灰白色石英粗砂巖,局部為細(xì)礫巖;中部為頁巖和細(xì)砂巖互層,含古蘆木化石及煤線;上部為灰綠色粗砂巖,夾薄層礫巖和頁巖,膠結(jié)疏松。平均厚度75 m。

        2.2 礦區(qū)構(gòu)造

        平坡礦區(qū)大地構(gòu)造單元屬祁連山造山帶走廊邊緣坳陷帶,賦煤單元為祁連賦煤帶山丹-永昌煤田。山丹-永昌煤田為祁連加里東褶皺帶上的晚石炭世—早二疊世形成的統(tǒng)一聚煤盆地,但被后期構(gòu)造變形作用切割成大小不等、破壞程度不同的孤立煤田或礦區(qū)[2]。平坡礦區(qū)位于煤田的西部。

        礦區(qū)基本構(gòu)造形態(tài)為軸向北西至南東向并向南東傾伏的不對稱向斜構(gòu)造(圖2),其南翼發(fā)育有次級小背斜。向斜軸部有小面積侏羅系分布。向斜之西南翼寬緩,地層傾角約16°~18°;東北翼較陡,地層傾角45°~70°,局部出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。礦區(qū)主要構(gòu)造分述如圖2。

        在單電源輻射狀典型配電網(wǎng)拓?fù)淠P偷幕A(chǔ)上,通過調(diào)整中壓負(fù)荷相關(guān)參數(shù)使其按照4種典型負(fù)荷分布狀況分布在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的各支路和節(jié)點(diǎn)處,然后根據(jù)架空裸導(dǎo)線的額定載容量和中壓線路的實(shí)際負(fù)荷量設(shè)定范圍,將中壓負(fù)荷量分為0.5 MW、1 MW、1.5 MW、2 MW……6 MW等12個(gè)比較典型的負(fù)荷擋位[5]并進(jìn)行仿真。在不同的線徑型號下,連續(xù)調(diào)節(jié)拓?fù)淠P椭械闹袎褐鞲删€路長度,觀察線路末端節(jié)點(diǎn)電壓幅值,當(dāng)電壓幅值下降至9.3 kV[6]時(shí),其對應(yīng)的供電半徑即為不同型號線徑中壓線路相應(yīng)的最大允許供電半徑。

        圖2 山丹平坡礦區(qū)剖面圖

        (1)褶皺

        ① 平坡向斜。軸向?yàn)楸?0°西,向東南傾沒,不對稱,西翼寬廣,東翼短促。西翼淺部地層較陡,一般在30°左右,向東沿傾斜方向則傾角逐漸變緩,至軸部值為20°左右。此向斜在四號井田北部收斂。

        ② 背斜。緊鄰平坡向斜,范圍較小,亦不對稱,西翼短促,東翼較寬緩,一般傾角在20°以下,軸向與平坡向斜軸大致平行,向西北傾。

        (2)斷裂

        每次造山運(yùn)動對本區(qū)均有很大影響,尤以燕山運(yùn)動與喜馬拉雅運(yùn)動在祁連造山帶所形成的斷裂現(xiàn)象最為突出,由于北祁連山向北逆掩[3],而產(chǎn)生了許多高角度的逆掩斷層,也產(chǎn)生了許多斜交于地層走向的剪力斷層。本礦區(qū)一些主要斷裂構(gòu)造分述如下:

        ① F1逆斷層:位于二、四、五號井田北部,走向N30°E,斷面傾向北東,斷距大于500 m,為礦區(qū)北部的邊界斷層。

        ② F2正斷層:位于四號井田,是四號井田唯一的大斷層。斷層走向NE,斷面傾向南西,斷距50~70 m,在四號井田北部消失于加里東期花崗巖。

        ③ F3平坡剪力斷層:位于一號井田北部露頭部分,走向N50°E,斷層南翼向東錯(cuò)動,北翼向西錯(cuò)動,錯(cuò)動的水平距離約150 m。

        ④ F4正斷層:位于三號井田,斷層走向?yàn)楸睎|,斷面傾向北西,斷裂長達(dá)1 km,斷距20~50 m。

        3 煤層及煤質(zhì)

        3.1 煤層

        平坡礦區(qū)內(nèi)主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)太原組(P1t),自上而下可分為四段,其中一、二、三段中各含煤五層,第一層組俗稱野五列,第二層組俗稱正五列,第三層組俗稱小五列,共含煤1~15層,煤層總厚度0.91~6.71 m,平均2.91 m。其中位于第二段中的正五列煤層為主要可采煤層。

        (1)野五列:位于太原組底部第一段,厚度0.05~0.14 m,且不連續(xù),穩(wěn)定性差,為不可采煤層。

        (2)正五列:為主要可采煤層組,位于太原組中部第二段及第一段頂部,含煤5層,自下而上依次為底槽、二槽、中槽、三槽及頂槽,其中中槽煤因厚度不穩(wěn)定而不可采,其余4層均可采。

        正底槽厚度0.37~1.47 m,平均0.73 m,結(jié)構(gòu)簡單,連續(xù),較穩(wěn)定;正二槽厚度0.43~1.36 m,平均0.46 m,結(jié)構(gòu)簡單,連續(xù),較穩(wěn)定,局部可采;正三槽厚度0.50~1.32 m,平均0.88 m,結(jié)構(gòu)中等,連續(xù),較穩(wěn)定;正頂槽厚度0.5~1.23 m,平均0.62 m,結(jié)構(gòu)簡單,連續(xù),較穩(wěn)定,局部可采(表1)。

        表1 平坡煤礦正五列主要可采煤層特征一覽表

        正五列中的四層可采煤層,均厚不足1.0 m,平均總厚度僅2.42 m。煤層總厚度具有中間厚、兩邊薄的分布特征。同時(shí)受平坡向斜的影響,煤層在西翼分布范圍大,煤層較厚;東翼分布范圍小,煤層亦較?。▓D3)。

        圖3 山丹平坡礦區(qū)及周鄰正五列煤層厚度等值線分析圖

        (3)小五列:位于太原組第三段,含煤兩組,靠下一組名為頂皮廉,分底廉子和頂廉子兩層,一般厚度在0.40 m以下,為不可采層。小五列與正五列以厚約5~15 m白色石英粗砂巖(K2)相隔。上部一組名為拉腰子,又分底列子、中列子、頂列子3層,多以底列子較厚。3層煤間距很小,皆在2 m以內(nèi),含夾矸很多,煤質(zhì)低劣,一般灰分在40%以上,為不可采煤層。

        3.2 煤層對比

        平坡礦區(qū)煤層對比采用標(biāo)志層法[4],主要煤層對比標(biāo)志層位:

        (1)K2標(biāo)志層:為一灰白色厚層石英粗砂巖,膠結(jié)不良,含有大量的長石砂與少量白云母為其特征,為見正頂槽煤層的標(biāo)志。

        (2)K1標(biāo)志層:為一套灰黑色粘土巖,位于頂槽煤至三槽煤之間[5]。

        3.3 煤質(zhì)

        正頂槽煤為中灰、中硫、高發(fā)熱量氣肥煤,正三槽煤為中高灰、中硫、高發(fā)熱量肥煤,正二槽煤為中灰、中高硫、中高發(fā)熱量肥煤,正底槽煤為中灰、中硫、高發(fā)熱量焦煤(表2)。

        表2 山丹平坡礦區(qū)可采煤層主要特征表

        本區(qū)煤炭資源較豐富,從煤質(zhì)牌號來說,可作為配焦煤,還有可以作為主焦煤者(正二槽),但從它的可選性和所含的礦物成分來說,要作為主焦煤或配焦煤,尚需經(jīng)過特殊處理才能達(dá)到質(zhì)量要求。

        4 結(jié)論

        (1)山丹平坡煤礦基本構(gòu)造形態(tài)為軸向北西至南東向不對稱向斜,主要含煤地層為下二疊統(tǒng)太原組。

        (2)正五列為礦區(qū)主要可采煤層組,總厚度具有中間厚、兩邊薄的分布特征。

        (3)正五列煤類為肥煤或焦煤,可作為工業(yè)煉焦配焦用煤。

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