甘肃省山丹县平坡煤矿矿区地质及煤层赋存特征

李 健

（甘肃煤炭地质勘查院，甘肃 兰州 730000）

1 概况

山丹平坡煤矿矿区可分为一、二、三、四、五、六号共六个井田。矿区范围北起瞭高山，南至峡子山北侧的六号井，东西最大宽度约7 km，南北最长长度12 km，面积约50 km2。矿区至山丹县城有公路、专用铁路线相通，对外交通便利。矿区勘查历史悠久，三号井田在明代洪武年间浅部便有小窑开采，属于甘肃省少有的炼焦配焦用煤产地。本次工作主要在前人工作基础上对平坡矿区地质及煤层主要赋存特征进行了系统的总结。

2 矿区地质

2.1 矿区地层

矿区地层区划属秦祁昆地层区祁连～北秦岭分区北祁连小区，作为本区主要含煤地层的下二叠统太原组，其地层分区一般归于北祁连分区肃南小区[1]。根据地层出露及钻探揭露情况，下寒武统大黄山群（∈1dh）浅海相浅变质岩为本区的沉积基底；上石炭统羊虎沟组（C2y）为海陆交互相沉积；下二叠统太原组（P1t）为海陆交互相含煤沉积；中二叠统大黄沟组（P2d）、上二叠统窑沟群（P3yg）为陆相碎屑岩沉积；中生界为陆相盆地沉积的碎屑岩，沉积了三叠系中下统西大沟群（P1-2xd）、中侏罗统窑街组（J2y）及下白垩统河口群（K1hk）。新近系临夏组（N2l）为陆相红色碎屑岩，第四系（Q）沉积类型多样。平坡矿区地质构造纲要图如图1。

图1 平坡矿区地质构造纲要图

本区主要含煤地层为下二叠统太原组（P1t），主要由灰色、灰黑色、黑色砂岩、页岩及煤层所组成。根据岩性，由下而上分为四段，可采煤层赋存于中下部第一段及第二段地层中。

（1）太原组第一段。主要以砂岩、砂质页岩、页岩、煤层及石灰岩构成。含煤7层，下部5层，俗称野五列，呈凹镜状，厚度变化较大，无开采价值；上部二层为正底槽和正二槽，中间以4 m的页岩相隔，为矿区内主要可采煤层。厚度74 m左右。

（2）太原组第二段。岩性为灰白、灰黑色砂岩及砂质页岩。含煤三层（正中槽、正三槽、正顶槽），在顶槽煤层顶板页岩中含丰富的动物化石，岩性很稳定。平均厚度21 m。

（3）太原组第三段。底部为石英粗砂岩（K2），灰白色，疏松，含大量长石砂和少量白云母，局部为砂质胶结，一般厚度6 m左右，为矿区主要标志层；中上部为黑灰色砂岩、页岩互层，其中含小五列薄煤三层（底廉子、顶廉子及拉腰子煤层），煤层分布不规律。平均厚度47 m。

（4）太原组第四段。底部为灰白色石英粗砂岩，局部为细砾岩；中部为页岩和细砂岩互层，含古芦木化石及煤线；上部为灰绿色粗砂岩，夹薄层砾岩和页岩，胶结疏松。平均厚度75 m。

2.2 矿区构造

平坡矿区大地构造单元属祁连山造山带走廊边缘坳陷带，赋煤单元为祁连赋煤带山丹-永昌煤田。山丹-永昌煤田为祁连加里东褶皱带上的晚石炭世—早二叠世形成的统一聚煤盆地，但被后期构造变形作用切割成大小不等、破坏程度不同的孤立煤田或矿区[2]。平坡矿区位于煤田的西部。

矿区基本构造形态为轴向北西至南东向并向南东倾伏的不对称向斜构造（图2），其南翼发育有次级小背斜。向斜轴部有小面积侏罗系分布。向斜之西南翼宽缓，地层倾角约16°～18°；东北翼较陡，地层倾角45°～70°，局部出现倒转现象。矿区主要构造分述如图2。

在单电源辐射状典型配电网拓扑模型的基础上，通过调整中压负荷相关参数使其按照4种典型负荷分布状况分布在拓扑结构的各支路和节点处，然后根据架空裸导线的额定载容量和中压线路的实际负荷量设定范围，将中压负荷量分为0.5 MW、1 MW、1.5 MW、2 MW……6 MW等12个比较典型的负荷挡位[5]并进行仿真。在不同的线径型号下，连续调节拓扑模型中的中压主干线路长度，观察线路末端节点电压幅值，当电压幅值下降至9.3 kV[6]时，其对应的供电半径即为不同型号线径中压线路相应的最大允许供电半径。

图2 山丹平坡矿区剖面图

（1）褶皱

① 平坡向斜。轴向为北20°西，向东南倾没，不对称，西翼宽广，东翼短促。西翼浅部地层较陡，一般在30°左右，向东沿倾斜方向则倾角逐渐变缓，至轴部值为20°左右。此向斜在四号井田北部收敛。

② 背斜。紧邻平坡向斜，范围较小，亦不对称，西翼短促，东翼较宽缓，一般倾角在20°以下，轴向与平坡向斜轴大致平行，向西北倾。

（2）断裂

每次造山运动对本区均有很大影响，尤以燕山运动与喜马拉雅运动在祁连造山带所形成的断裂现象最为突出，由于北祁连山向北逆掩[3]，而产生了许多高角度的逆掩断层，也产生了许多斜交于地层走向的剪力断层。本矿区一些主要断裂构造分述如下：

① F1逆断层：位于二、四、五号井田北部，走向N30°E，断面倾向北东，断距大于500 m，为矿区北部的边界断层。

② F2正断层：位于四号井田，是四号井田唯一的大断层。断层走向NE，断面倾向南西，断距50～70 m，在四号井田北部消失于加里东期花岗岩。

③ F3平坡剪力断层：位于一号井田北部露头部分，走向N50°E，断层南翼向东错动，北翼向西错动，错动的水平距离约150 m。

④ F4正断层：位于三号井田，断层走向为北东，断面倾向北西，断裂长达1 km，断距20～50 m。

3 煤层及煤质

3.1 煤层

平坡矿区内主要含煤地层为二叠系下统太原组（P1t），自上而下可分为四段，其中一、二、三段中各含煤五层，第一层组俗称野五列，第二层组俗称正五列，第三层组俗称小五列，共含煤1～15层，煤层总厚度0.91～6.71 m，平均2.91 m。其中位于第二段中的正五列煤层为主要可采煤层。

（1）野五列：位于太原组底部第一段，厚度0.05～0.14 m，且不连续，稳定性差，为不可采煤层。

（2）正五列：为主要可采煤层组，位于太原组中部第二段及第一段顶部，含煤5层，自下而上依次为底槽、二槽、中槽、三槽及顶槽，其中中槽煤因厚度不稳定而不可采，其余4层均可采。

正底槽厚度0.37～1.47 m，平均0.73 m，结构简单，连续，较稳定；正二槽厚度0.43～1.36 m，平均0.46 m，结构简单，连续，较稳定，局部可采；正三槽厚度0.50～1.32 m，平均0.88 m，结构中等，连续，较稳定；正顶槽厚度0.5～1.23 m，平均0.62 m，结构简单，连续，较稳定，局部可采（表1）。

表1 平坡煤矿正五列主要可采煤层特征一览表

正五列中的四层可采煤层，均厚不足1.0 m，平均总厚度仅2.42 m。煤层总厚度具有中间厚、两边薄的分布特征。同时受平坡向斜的影响，煤层在西翼分布范围大，煤层较厚；东翼分布范围小，煤层亦较薄（图3）。

图3 山丹平坡矿区及周邻正五列煤层厚度等值线分析图

（3）小五列：位于太原组第三段，含煤两组，靠下一组名为顶皮廉，分底廉子和顶廉子两层，一般厚度在0.40 m以下，为不可采层。小五列与正五列以厚约5～15 m白色石英粗砂岩（K2）相隔。上部一组名为拉腰子，又分底列子、中列子、顶列子3层，多以底列子较厚。3层煤间距很小，皆在2 m以内，含夹矸很多，煤质低劣，一般灰分在40%以上，为不可采煤层。

3.2 煤层对比

平坡矿区煤层对比采用标志层法[4]，主要煤层对比标志层位：

（1）K2标志层：为一灰白色厚层石英粗砂岩，胶结不良，含有大量的长石砂与少量白云母为其特征，为见正顶槽煤层的标志。

（2）K1标志层：为一套灰黑色粘土岩，位于顶槽煤至三槽煤之间[5]。

3.3 煤质

正顶槽煤为中灰、中硫、高发热量气肥煤，正三槽煤为中高灰、中硫、高发热量肥煤，正二槽煤为中灰、中高硫、中高发热量肥煤，正底槽煤为中灰、中硫、高发热量焦煤（表2）。

表2 山丹平坡矿区可采煤层主要特征表

本区煤炭资源较丰富，从煤质牌号来说，可作为配焦煤，还有可以作为主焦煤者（正二槽），但从它的可选性和所含的矿物成分来说，要作为主焦煤或配焦煤，尚需经过特殊处理才能达到质量要求。

4 结论

（1）山丹平坡煤矿基本构造形态为轴向北西至南东向不对称向斜，主要含煤地层为下二叠统太原组。

（2）正五列为矿区主要可采煤层组，总厚度具有中间厚、两边薄的分布特征。

（3）正五列煤类为肥煤或焦煤，可作为工业炼焦配焦用煤。