山西常村煤矿井田地质特征及煤层稳定性评价

苗海周

(山西潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿)

山西常村煤矿于1985年7月1日动工兴建，1995年9月26日建成投产，核定生产能力接近800万t/a[1-2]。在总结以往地质资料和井巷工程所揭露的地质资料基础上，分析井田内各地层赋存条件及地质构造特征，研究井田内煤层的特征、煤质特征及其变化规律，并对主要可采煤层稳定性进行定性和定量评价，以期对工程设计和矿山生产提供有效指导。

1 区域地质概况

区域地层区划属华北地层大区山西地层分区中的太行山南段地层小区[3-4]，地层总体走向NNE向，向西缓倾，可见寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、新近系和第四系地层[5]；区域性构造以沁水复向斜、太行山复式背斜、晋获断裂带和沾尚—武(乡)—阳(城)凹褶带为主，总体为北东向和北北东向；区内未发现有岩浆岩侵入现象。

2 井田地质特征

2.1 煤矿地层

常村煤矿区井田地表被大面积的第四系覆盖，局部可见零星出露的二叠系石盒子组砂岩和粉砂岩；井田内可见奥陶系上马家沟组石灰岩、峰峰组白云质灰岩，石炭系本溪组粉砂岩、太原组石灰岩和砂岩，二叠系山西组石英砂岩、下石盒子组砂岩和泥岩、上石盒子组石英砂岩、石千峰组中粗粒砂岩，第四系黄土。

2.2 构 造

褶曲构造和断裂构造均比较发育。褶曲构造以近SN向的背、向斜为主，枢纽近平行，主要为姬村向斜、路村背斜、老军庄向斜、王村背斜、水东村背斜、宋村向斜和郭庄背斜，近EW向褶曲仅在井田姬村以东分布[6]。断裂构造发育，井田内现有各种工程中共发现有断层301条，以落差小于5 m的断层为主，规模较大的断层，如文王山南断层，安昌断层，藕泽断层，F2、F3、Fj18等断层组成的断裂带，常被作为划分采区的边界[7]。

3 煤层特征

3.1 含煤地层

井田内主要含煤地层为石炭系太原组和二叠系山西组，含煤地层总厚163.36 m，含煤15层，煤层总厚11.25 m，含煤系数6.9%。

(1)太原组。太原组平均厚度为109.26 m。含较稳定的大部可采煤层15-3#煤层，局部地段达可采不稳定的15-1#煤层及不稳定薄的6#、7#、8-1#、8-2#、9#、11#、12#、13#、14#、15-2#煤层，太原组煤层总厚5.20 m，含煤系数4.8%[8]。

(2)山西组。山西组为本矿主要含煤地层，厚度43.63～75.65 m，平均厚度约54.20 m。主要为灰白色、灰色中、细粒石英砂岩，灰色、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩互层，含植物化石碎片，含煤3～5层，分别为1#、2#、3#煤层，3#煤层为本区最主要可采煤层，煤层厚度4.87～7.45 m，平均厚度6.05 m，其它煤层均为不稳定薄煤层，局部发育，均不可采。

3.2 煤岩煤质

各煤层均为黑色，块状，细、中条带状结构，层状构造，灰黑色条痕，具玻璃光泽、金刚光泽，呈现阶梯状或参差状断口，裂隙较发育，密度1.49～1.53 t/m3。煤岩以亮煤为主，暗煤次之，夹镜煤及丝炭条带，局部含黄铁矿结核，煤岩类型以半亮型煤为主，半暗型煤次之。

4 煤层稳定性评价

4.1 稳定性定性评价

常村煤矿主要可采煤层有山西组3#煤层和太原组15-1#、15-3#煤层，其中各可采煤层特征见表1，各煤层具体特征如下。

4.1.1 3#煤层

位于山西组中、下部，本身厚度大、层位稳定为重要的对比标志，煤层厚度4.87～7.45 m，平均厚度6.05 m，结构简单～复杂；含夹矸0～3层，夹矸厚0.10～0.30 m，仅个别孔夹石变厚达0.75 m，夹矸岩性多为炭质泥岩，少数为泥岩。煤层顶板岩性为泥岩、粉砂质泥岩，其上为灰白色厚层中、粗粒砂岩，有时直接覆盖于3#煤层之上为煤层的直接顶板，底板岩性为黑色粉砂岩、细粒砂岩。该煤层控制程度高，为全区稳定可采煤层(表1)。

表1 常村煤矿可采煤层特征

4.1.2 15-1#煤层

位于太原组下部，厚度0～1.70 m，平均0.62 m，仅在井田东北局部区域，煤层厚度达到可采以上，煤层一般不含夹矸,局部含1～2层，煤层结构简单。属不稳定局部可采煤层。

4.1.3 15-3#煤层

位于太原组下部，厚度0～3.10 m，平均1.66 m，上距15-1#煤层4.55～8.04 m，平均6.20 m，含夹矸0～3层，结构简单，北部大部分区域达可采厚度，局部顶底板及夹石为炭质泥岩，属较稳定大部可采煤层。

4.2 稳定性定量评定

薄煤层以煤层可采性指数Km为主，煤厚变异系数γ为辅；中厚及厚煤层以煤厚变异系数γ为主，可采性指数Km为辅。参照指标见表2[9-10]。

表2 评价煤层稳定性的主、辅指标

煤层可采性指数Km计算方法：

(1)

式中，Km为煤层可采性指数；n为参与煤层厚度评价的见煤点总数；n′为煤层厚度大于或等于可采厚度的见煤点数。

煤厚变异系数γ计算方法：

(2)

(3)

根据各项指标，采用公式(1)、(2)、(3)计算3、15-1#、15-3#煤层可采性指数Km，煤厚变异系数γ，计算结果见表3和表4。

表3 3、15-1#、15-3#煤层可采性指数统计

表4 15-1#、15-3#煤层厚度变异系数统计

(1)3#煤层。3#煤层平均厚度6.05 m，属厚煤层，其主要指标厚度变异系数γ=6%≤30%，辅助指标可采性指数Km=0.99≥0.95，依据表2标准，本井田3#煤层定量划分为全区稳定可采煤层。

(2)15-1#煤层。15-1#煤层厚度在0～1.70 m，平均厚度0.62 m，属薄煤层。其主要指标可采性指数Km=0.15<0.60，辅助指标厚度变异系数25%<γ=32%≤35%，依据表2标准，本井田15-1#煤层定量划分为极不稳定可采煤层。

(3)15-3#煤层。15-3#煤层厚度0～3.10 m，平均1.66 m，属中厚煤层。其主要指标厚度变异系数40%<γ=43%≤65%，辅助指标可采性指数0.95>Km=0.81≥0.80，依据表2标准，本井田15-3#煤层定量划分为不稳定可采煤层。

综合上述定性和定量评价、划分，确定井田3#煤层定性和定量评级一致，为全区稳定可采煤层；15-1#煤层定性评价为不稳定局部可采煤层，定量评价为极不稳定局部可采煤层，考虑到该煤层可采区集中于井田东北部，可采区连续且可采区内煤厚变化不大，因此最终确定以定性评价结果为准，为不稳定局部可采煤层；15-3#煤层定性评价为较稳定大部可采煤层，定量评价为不稳定大部可采煤层，考虑到该煤层可采区连续且可采区内煤厚变化不大，因此最终确定以定性评价结果为准，为较稳定大部可采煤层。稳定和较稳定煤层的资源储量约占全矿井资源储量的98.82%，其中稳定煤层的资源/储量约占全矿井资源储量的92.86%，煤层稳定程度总体属简单类型。

5 结 语

山西常村煤矿井田内主要含煤地层为石炭系太原组和二叠系山西组，含煤地层总厚163.36 m，含煤15层，煤层总厚11.25 m，其中可采煤层以山西组3#煤层和太原组15-1#、15-3#煤层为主。煤层的稳定性进行定性和定量分析显示，常村煤矿井田3#煤层为不稳定局部可采煤层，15-1#煤层为不稳定局部可采煤层，15-3#煤层为较稳定大部可采煤层。常村煤矿煤层稳定程度总体属简单类型。