曹家滩井田煤层赋存及保水开采条件

王永岩

(陕西省煤田地质局一八五队,陕西榆林 719000)

0 引言

榆神矿区是陕北大型煤炭基地的核心建设区,煤炭资源丰富,煤质优良[1]。曹家滩井田是该矿区中部一期规划的大型煤矿,主要可采煤层有 9层,煤炭资源总量达 31.17×108t,其中 2-2煤 18.70×108t,占总量的 60.01%,是井田内最上部的可采煤层,其开采是否会引起上覆第四系萨拉乌苏组含水层地下水的渗漏[2],不仅关系到矿区供水安全,也涉及到生态安全问题,如何做到采煤过程中最大限度的保护萨拉乌苏组地下水的含水结构不受破坏,是矿井建设面临的重大课题,也得到了广泛关注,并取得了重要进展,合理选择开采区域、采取合适的采煤方法和工程措施达到采煤保水之目的[3]。王双明等[4-6]针对陕北榆神府矿区煤炭资源富集,生态环境脆弱,区内唯一具有供水意义和重要生态价值的含水层位于煤层之上,开展了保水采煤系统研究,指出陕北生态脆弱地区合理生态地下水位埋深为 1.5～5.0 m[7],煤层开采的导水裂隙导致地下水位下降,表生生态退化,控制地下水水位是生态脆弱矿区科学开采的核心,提出当煤层上覆隔水岩组厚度≥33～35倍采高时,煤层开采不会导致地下水位下降;煤层丄覆隔水岩组厚度≤18倍采高时,煤层开采会破坏隔水层,导致水位下降;18～35倍采高时,可采取“限制采高”等措施实现保水开采[6],剖析了煤层、含水层的空间关系,划分了保水开采条件分区,提出了区域采煤方法规划方案,指出以控制地下水水位为目标,以采动隔水层稳定性分区为基础,以采煤方法规划为手段的开采方法是生态脆弱矿区煤炭资源科学开采的有效途径。

本文论述了曹家滩井田各煤层特征、保水开采条件,以促进矿区开发持续健康发展。

1 煤层特征

本井田延安组含煤 9～23层,平均 18层,具有对比意义的煤层共 12层。其中主要可采煤层 4层:2-2、3-1、4-3、5-3上(5-3);局部可采煤层 3层:4-2、5-3下、5-4;零星可采煤层2层 1-2、5-2。其余向 4-1、4-4等煤层无可采点,为不可采煤层。可采煤层总厚为 15.80～23.39m,一般 18～20m,其厚度变化趋势由南至北逐渐增厚,含煤系数为 6.5～9.8%,其变化趋势亦由南而北有增大趋势(图 1)。

1-2煤层为零星可采煤层,可采区连续可采面积 13.51 km2。全区见煤点仅 3个,煤厚 0.78～1.57 m,平均 1.13 m,可采煤厚 0.80～1.04 m,平均 0.92 m,变异系数 0.14。C1钻孔下部夹 1层夹矸,厚度 0.40m,岩性细粒砂岩。另两个钻孔均无夹矸,属较稳定型煤层。

图1 可采煤层总厚等值线图

2-2煤层是本区最厚的主要可采煤层,全区可采,可采面积 127.74 km2(图 2)。全区见煤点 25个,全为特厚煤点,煤厚 8.08～12.58m,平均 11.50m,最薄处在 P133号孔,最厚在 C 4号孔。可采煤厚 8.08～12.36m,平均 11.22 m,煤厚变化小,变异系数 0.09,说明其厚度变化不大,总的趋势由北向南缓慢增厚。C8号孔煤厚同周围孔相比明显变薄是因为该煤层上部分岔所致。该煤层一般不含夹矸,局部顶部或底部有一到两层夹矸,厚度 0.04～0.26m,夹矸主要分布在东南地带,层位较稳定,夹矸岩性为泥岩或炭质泥岩,少数为粉砂岩、细粒砂岩。2-2煤层煤类以长焰煤 41号(CY 41)为主,部分不粘煤 31号(BN 31),灰分、硫分的标准差分别为 1.65、0.15,均小于 5和 0.5。该煤层为特厚煤层,变化缓慢且规律明显,结构较简单,全区可采、煤类以长焰煤为主,部分不粘煤,灰分、硫分稳定,属稳定型煤层。

图2 2-2煤层等厚线图

3-1煤层是本区主要可采煤层之一。全区可采,可采面积 127.74 km2。本区见煤点 25个,全为中厚煤层,可采厚度1.93～2.70m,平均 2.33m,煤厚变化趋势由南至北逐渐增厚。变异系数 0.07,单一结构,不含夹矸。煤类以不粘煤 31号(BN 31)为主,部分长焰煤 42号(CY 42)和长焰煤 41号(CY 41),灰分、硫分的标准差分别为 2.32、0.21,均小于 5和0.5。该煤层为中厚煤层,厚度变化较小,结构较简单,煤类不粘煤为主,部分长焰煤,灰分、硫分稳定,属稳定型煤层。

4-2煤层为局部可采煤层,可采区分布连续,位于井田西南部,可采面积 48.57 km2。井田内见煤点 24个,煤厚为 0～1.52m,平均 0.67m;可采点 9个,其中中厚煤点 1个,薄煤点 8个,可采煤厚为 0.80～1.38m,平均 1.01 m,变异系数为 0.16,煤厚变化趋势由北至南缓慢增厚。以单一结构为主,一般无夹矸,少数钻孔有 1层夹矸。厚 0.05～0.34m,夹矸岩性为粉砂岩。煤类以不粘煤 31号(BN 31)为主,部分弱粘煤煤 32号(RN 32)和长焰煤 42号(CY 42)。灰分、硫分的标准差均小于 5和 0.5。该煤层基本为薄煤层,结构较简单,煤厚变化规律性明显,煤类不粘煤为主,部分长焰煤,灰分、硫分稳定,属较稳定型煤层。

4-3煤层是本区主要可采煤层之一。全区可采,可采面积 127.74 km2。井田内见煤点 25个,全为可采点,其中中厚煤点 24个,薄煤点 1个,煤厚为 1.07～3.13 m,平均 2.06 m;可采煤厚为 1.07～3.13 m,平均 1.86 m,变异系数为 0.25,煤厚变化趋势由南至北缓慢增厚。一般无夹矸,少数钻孔有 1层夹矸。厚 0.05～0.34 m,夹矸岩性为粉砂岩、泥岩。煤类以不粘煤 31号(BN 31)为主,部分弱粘煤煤 32号(RN 32)和长焰煤 42号(CY 42)。灰分、硫分的标准差均小于 5和 0.5。该煤层基本为中厚煤层,结构较简单,煤厚变化小且规律性明显,煤类以不粘煤为主,部分长焰煤,灰分、硫分稳定,属稳定型煤层。

5-2煤层为局部可采煤层,可采面积 20.73 km2。可采区分布于井田西南 D 11、P50号孔一线以西,该煤层在本井田属变薄带。井田内见煤点 25个,煤厚为 0.12～1.89m,平均0.75m;可采点 1个,为中厚煤层,可采煤厚为 0.80～1.47 m,平均 1.16m,变异系数为 0.38。结构单一,一般无夹矸,少数钻孔有 1层夹矸。夹矸岩性为粉砂岩、泥岩。该煤层基本为薄煤层,结构简单,煤厚变化较小,煤类以不粘煤 31号(BN 31)为主,属较稳定型煤层。

5-3煤层是本区主要可采煤层之一。分布于井田的东北角角,在 C 1、P133、P62号孔以西分岔为 5-3上、5-3下煤层 。井田内 5-3合并区见煤点 3个,全为可采点,均为厚煤层,煤厚 4.24～5.27m,平均 4.76m。可采煤厚 4.10～4.78m,平均 4.39 m,变异系数为 0.08,煤厚变化趋势由南至北缓慢增厚,含 1～2层夹矸,夹矸岩性炭质泥岩、泥岩。

5-3上煤层是 5-3煤层分岔后的上分层,是本区主要可采煤层之一。除西南角 P160局部不可采外,其余均可采,为大部可采煤层,可采面积 118.55 km2。井田内见煤点 22个,其中可采点 21个,20个中厚煤点,1个薄煤层,1个不可采点(P160),煤厚 0.45～2.61 m,平均 1.71m;可采煤厚 0.80～2.61m,平均 1.78 m,变异系数为 0.24,煤厚变化趋势由南至北缓慢增厚。单一结构为主,一般无夹矸,少数钻孔有 1层 0.07～0.17m夹矸。夹矸岩性炭质泥岩、泥岩。煤类以不粘煤 31号(BN 31)为主,部分弱粘煤煤 32号(RN 32)和长焰煤 42号(CY 42)。灰分、硫分的标准差均小于 5和 0.5。该煤层为中厚煤层,变化小且规律性明显,结构简单,大部可采,煤类以不粘煤为主,部分长焰煤,灰分、硫分稳定,属稳定型煤层。

5-3下煤层是 5-3煤层为局部可采煤层,可采面积 40.41 km2,煤厚 0～2.71m,平均 0.93m;可采煤厚 0.80～2.37m,平均 1.20m,变异系数为 0.23,煤厚变化趋势由南至北缓慢增厚,一般无夹矸,少数钻孔有 1层夹矸,属较稳定型煤层。5-4煤层为零星可采煤层,可采面积 45.16 km2。煤厚为 0～1.21m,平均 0.60 m,可采煤厚为 0.80～1.07m,平均 0.95 m,变异系数为 0.58,煤层结构简单,属较稳定型煤层。

2 曹家滩井田保水开采条件

曹家滩井田煤层埋藏深度适中,煤层厚度大而稳定,适合建设机械化矿井,有利于提高煤炭资源回收率。煤层上覆有稳定的隔水层分布,除井田西部外,其他区域红土隔水层厚度大于 50 m(图 3),2-2煤层冒落带高度 32.32～50.32 m,导水裂隙带最大高度为 64.08～96.92 m,加之上部风化基岩最大厚度为 29.83 m。而上覆基岩厚度为 146.27～267.87 m,一般采煤时冒落带、导水裂隙带不会波及到基岩顶面,萨拉乌苏组含水层只能成为间接含水层[8]。3-1煤上基岩段导水裂隙带与 2-2煤导水裂隙带相互贯通,4-3、5-3上煤冒落带、导水裂隙带与 3-1煤层基岩段不会贯通,采煤对萨拉乌苏组地下水及泉的影响较小[9],可以实现采煤保水、保护生态环境并举,矿井涌水量小[10,11],排水成本低。开采技术条件方面,井田内煤层瓦斯含量低,煤矿安全隐患小。

3 结论

曹家滩井田煤层厚度大,埋藏深度适中,适合建设机械化综采矿井。开采条件方面,煤系上覆隔水层分布稳定,厚度大,采煤对萨拉乌苏组地下水水位影响小,采煤引起的生态环境和地下水渗漏问题不突出,是保水采煤研究划分的可控保水开采区和自然保水开采区接壤区域,采取适当的措施,如条带开采[12],可以达到保水开采之目标,建议列为陕北煤炭基地近期建设的大型煤矿之一。

图3 新生界土层厚度等值线图

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