山西西山煤电股份有限公司西铭矿煤炭地质特征浅析

刘云云

（山西省太原市西山煤电集团西铭矿，山西太原 030024）

1 研究区地质背景

1.1 区域地层及含煤地层

1.1.1 区域地层

本井田位于山西陆台太岳南北经向构造带与阳曲—盂县纬向构造亚带联合部位的东南隅，是镶嵌在“祁吕贺”山字形构造东翼内带与汾河挽近盆地之间的一个石炭、二叠系含煤盆地，古老的岩系广布于煤田西部、北部，形成西北部高高抬起，向南倾斜的复式向斜盆地。

前寒武系及上古生界寒武、奥陶系地层在煤田西侧、北端广布，构成吕梁山脉主体和煤系基底。煤田东、东南部由于断裂抬起，奥陶系地层也有出露。矿区石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组、石千峰组，三叠系下统刘家沟组、和尚沟组，中统二马营组出露良好。新生界第三、四系不整合覆盖于老岩层之上，岩性为红土和黄土及河流冲积物砂、砾石及淤泥等。

本井田位于西山煤田构造盆地的东北边缘部位，本井田地层出露由东向西，由老至新依次为奥陶系中统上马家沟组及峰峰组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组及下石盒子组、上统上石盒子组及石千峰组，第三、第四系松散沉积不整合于不同时代基岩之上。

综上所述，煤矿内地层旋回结构清晰，标志层特征明显，煤层层位稳定，各组段岩性组合、岩层颜色等都有较大区别。本溪组以含铁铝岩类为特征。太原组为一套砂岩、页岩夹灰岩和煤层的海陆交互相含煤地层，底部以灰白色细—中粒砂岩（K1）与本溪组分界，由下而上依次有L1、K3、L4、K4、L5等标志层，同时，6、7、8、9号煤层厚度和层位也可作为明显的对比标志。山西组为一套由黑色页岩、砂岩、泥岩及煤线组成的脱离了海侵的影响，转入了过渡相、陆相沉积的含煤地层，底部以厚层状细—粗粒石英杂砂岩（K5）与太原组分界，2号和3号煤层也可作为明显的对比标志。因此，煤矿煤岩层对比主要采用标志层对比法和煤层特征对比法，配合组段的特有颜色、岩性组合特征和层间距以及古生物组合特征等。地层的划分对比可靠，特别是煤系的划分和主要煤层对比可靠。

1.1.2 含煤地层

煤矿含煤地层主要为上石炭统太原组（C3t）和下二叠统山西组（P1s）。现分述如下：

太原组（C3t）：以晋祠砂岩（K1）连续沉积于本溪组之上。由深灰色石灰岩、泥灰岩，灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩、粉砂岩、黑色炭质泥岩和5层煤组成。为煤矿主要含煤地层之一。全组厚63.83～113.05m，平均88.32m，为海相—过渡相沉积，岩煤层较为稳定，地层对比依据充分可靠，。

山西组（P1s）：由K5砂岩底至K6砂岩底，是煤矿另一主要含煤地层。由灰白色砂岩、深灰色砂质泥岩及黑色泥岩为主体，含5层煤。

1.2 构造

井田总体构造形态为背、向斜相间的褶曲构造，走向、倾向受褶曲构造控制，地层倾角2°～12°，一般6°左右。东北部小卧龙赛庄向斜、玉门沟背斜、冀家沟背斜和石千峰向斜为煤矿主体构造，在此基础上发育次一级的一系列北东和北西向的短轴褶曲，褶曲两翼宽缓，褶曲轴向多呈弧形或“S”形。并伴生较多落差大小不等的断层，煤矿浅部尤为明显，致使煤矿地层走向在局部范围内有一定变化。井田断层多为北东及北西向，且以北60°～70°东为主，并有规律性成带状排列。煤矿大于20m 以上的断层极少，为随老母—磺厂—赛庄断层和玉门沟断层，且分布于煤矿边缘，为煤矿的自然边界，对采区划分无影响。但落差5～10m的断层较多且走向延伸较长，对采掘工作面布置和安全生产带来一定的影响。

由于受马兰向斜的影响，煤矿内发育次一级的褶曲构造构成煤矿的基本构造形态。东北部小卧龙赛庄向斜、玉门沟背斜、冀家沟背斜和石千峰向斜等为煤矿主体构造，褶曲两翼地层倾角平缓，呈不对称褶曲。褶曲对采区划分和工作面布置虽无大影响，但在生产过程中增加了运输和排水等的困难。现将煤矿主要褶曲构造情况分述如下：

本井田主要断层走向与主要褶曲轴向大体一致，但断层多为中小型断层、大断层极少，断层多呈阶梯状或地垒地堑构造。主要大断层为随老母—磺厂—赛庄断层和玉门沟断层，分布于煤矿边缘，为煤矿自然边界，对盘区划分无影响；本井田断层较发育，其中中小型断层较多，且走向延伸较长对采掘工作面布置和安全生产带来一定的影响。本井田2 号煤层已发现断层208 条，其中落差大于等于5m 的断层有12 条，落差小于5m 的断层有193 条；3上号煤层已发现断层70 条，其中落差大于等于5m的断层有11条，落差小于5m的断层有59 条；3下号煤层已发现断层21 条，其中落差大于等于5m 的断层有7 条，落差小于5m 的断层有14 条；8号煤层已发现断层646条，其中落差大于等于5m的断层有32条，落差小于5m的断层有614条；9号煤层已发现断层66条，其中落差大于等于5m的断层有30条，落差小于5m的断层有36条。

1.3 含煤地层特征

西铭井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组(P1s)和石炭系上统太原组（C3t），含煤地层总厚151.91m。含煤10 层，由上而下依次为1、2、3上、3下、4、6、7、8、9、11 号煤层，煤层总厚14.76m，含煤系数10.06%。其中可采煤层为2、3上、3下、6、7、8、9 号共七层，可采煤层总厚13.83m，可采含煤系数为9.43%。

山西组(P1s)：地层总厚52.08m，含煤5 层，由上而下依次为1、2、3上、3下、4号煤层。煤层总厚6.07m，含煤系数为11.66%。其中2、3上、3下号煤层为可采煤层，可采煤层总厚为5.31m，可采含煤系数为10.20%。

太原组（C3t）：地层总厚94.63m，含煤5 层，由上而下依次为6、7、8、9、11 号煤层。煤层总厚8.69m，含煤系数为9.18%。其中6、7、8、9号四层煤为可采煤层，11号煤为不可采煤层，可采煤层总厚8.55m，可采含煤系数为9.04%。

西铭井田可采煤层7层，即2、3上、3下、6、7、8、9号共7层，现分述如下。

2 煤岩层对比

井田内含煤地层沉积稳定，局部煤岩层露头清楚，岩性组合具有一定的规律，标志层比较发育，且与煤层层位基本稳定，顶底板岩性变化不大，

煤系地层沉积旋回结构清晰，特别是大中型旋回清晰。煤系中动植物化石丰富，标志层与煤层本身特征明显，这为煤层对比提供了可靠依据。

2.1 岩相—旋回分析法对比地层

整个煤系为一大型旋回，从K1晋祠砂岩至K6骆驼脖砂岩基本表现了一个海进到海退的完整旋回结构。煤层分布在海进和海退高峰的两侧，故矿区煤层多分布在煤系的中部，且上段和下段煤层发育，中段表现了明显的过渡特点，故中组煤的发育不佳。基本上太原组表现了海进的产物，山西组表现了海退的产物。煤系包括三个中型沉积旋回，从晋祠砂岩到骆驼脖砂岩的出现，清楚地表现出经历了海西期运动三幕的影响，造成了四个侵蚀面和底砾岩。其中每层砂岩层的出现都标志着一个旋回的开始。如K1晋祠砂岩到K4七里沟砂岩的出现为第一个中型沉积旋回；从K4七里沟砂岩到K5北岔沟砂岩的出现为第二个中型沉积旋回；从K5北岔沟砂岩到K6骆驼脖砂岩的出现为第三个中型沉积旋回，严密地控制着上、中、下三个含煤组。

根据以上大中型沉积旋回的分析，准确地确定煤系下限和上限。同时，确定了三个煤组在沉积中的不同环境和发育程度的差异。

2.2 根据煤层的顶底板岩性和标志层进行对比

如太原组的11号煤位于晋祠砂岩和9号煤层底砾岩之间，在矿区仅以煤线出现。8、9号煤层位于庙沟灰岩之下部，庙沟灰岩和毛儿沟灰岩相隔4～8m，2 层灰岩全区层位稳定。7号煤层在斜道灰岩之下，该灰岩全区层位稳定。6号煤层位于K4七里沟砂岩之上，东大窑灰岩之下砂质泥岩中间。

山西组的4号煤层位于K5北岔沟砂岩之上。3上、3下号之间常见6m左右厚的砂岩体，俗称冀家沟砂岩。2号煤层位于3上号煤层顶部之砂质泥岩—细砂岩之上。1号煤层位于2号煤层上部中砂岩与K6骆驼脖砂岩之间。

2.3 利用煤层本身的厚度及煤层间距进行对比

西铭矿煤层厚度在2m 以上的煤层有2、8、9 号煤层，且8 与9 号煤层、3下与2 号煤层为近距离煤组出现。7号煤层位于斜道灰岩之下，煤厚1.0m左右，故易于识别。4 煤层附近的岩石所产动植物化石对煤层对比也起着非常重要的作用。7、8 号煤层顶板石灰岩中含有丰富的腕足类海相动物化石。在2 号煤层上覆之泥岩或砂质泥岩中含羊齿类植物化石。

3 煤岩、煤质

3.1 物理性质和煤岩特征

物理性质：西铭矿井田内各可采煤层颜色和条痕均为黑色，玻璃光泽，贝壳状或参差状断口，呈细条带状、均一状、线理状等结构，且以细条带状结构为主，层状构造及块状构造。煤层的硬度为2～3。煤层的内生裂隙较发育，外生裂隙不发育。

煤岩特征：西铭矿井田的煤岩以光亮型、半亮型、半暗型为主为主。底部1.8～2.0m以光亮型为主；中部为半亮型；上部偶有浸染状黄铁矿，灰分含量较高，则以半亮型、半暗型为主。凝胶化组分含量为66.27%～79.22%。过渡组分含量为18.72%～29.00%，煤中矿杂质总量为7.49%，黄铁矿含量为0.5%。基质的凝胶化程度差，在反光镜下颜色较浅，呈不均匀状，木质轮廓不甚清晰，少见丝质组分，常见木质半丝炭化大孢子和半丝炭为主的拟真菌—硬核体。粘土矿物含量高达10%以上，常呈茭形大片状分布。含少量黄铁矿。黄铁矿多呈微细晶体散染在凝胶化基质中，甚至交代了形态分子，时有椭圆状、透镜状、瘤状黄铁矿结核，从而使硫分含量较高。

3.2 化学性质

灰分（Ad）：原煤6.41%～33.92%，平均16.70%，为特低灰—中高灰以低灰煤为主；浮煤4.57%～11.91%，平均7.67%。挥发分（Vdaf）：原煤14.77%～20.74%，平均18.22%；浮煤10.62%～17.92%，平均16.19%，为低挥发分煤。硫分（St，d）：原煤0.33%～1.95%，平均0.79%，为特低硫-中硫以低硫煤为主；浮煤0.36%～0.73%，平均0.50%。磷分（Pd）：浮煤0.0004%～0.0120%，平均0.0039%，为特低磷—低磷分以特低磷煤为主。发热量（Qgr，d）：原煤19.95～36.46MJ/kg，平均32.37MJ/kg，为中低—特高发热量以特高发热量煤为主；浮煤27.90～36.59MJ/kg，平均33.31MJ/kg。胶质层厚度（Y）：浮煤0～15.5mm，平均8.04mm。粘结指数（GR·I）：浮煤15.00～74.00，平均56.69，为弱粘结—强粘结以中强粘结煤为主。

3.3 煤种

煤类划分按《中国煤炭分类国家标准(GB/T5751-2009)》进行。煤类划分指标为浮煤可燃基挥发分(Vdaf)、胶质层最大厚度(Y)和粘结指数(G)。

2 号煤层：浮煤可燃基挥发分(Vdaf）为10.62%～17.92%，平均16.19%；胶质层最大厚度(Y)为0～15.5mm，平均8.04mm；粘结指数（GR·I）：浮煤15.00～74.00，平均56.69。因此，2 号煤层煤种以瘦煤为主、少量为焦煤和贫瘦煤。

3上号煤层：浮煤可燃基挥发分(Vdaf）为14.33%～18.41%，平均16.51%；胶质层最大厚度(Y)为0～11mm，平均6.04mm；粘结指数（GR·I）：浮煤23.0～61.0，平均47.0。因此，3上号煤层煤种为瘦煤。

3下号煤层：浮煤可燃基挥发分(Vdaf）为14.33%～19.39%，平均16.55%；胶质层最大厚度(Y)为0～15.5mm，平均7.36mm；粘结指数（GR·I）：浮煤16～61，平均38.31。因此，3下号煤层煤种主要为瘦煤、少量为贫煤和贫瘦煤。

6 号煤层：浮煤可燃基挥发分(Vdaf）为14.21%～18.65%，平均16.63%；胶质层最大厚度(Y)为4.0～9.0mm，平均6.7mm；粘结指数（GR·I）：浮煤39.0～46.0，平均42.50。因此，6号煤层煤种为瘦煤。

7 号煤层：浮煤可燃基挥发分(Vdaf）为13.11%～16.48%，平均15.25%；胶质层最大厚度(Y)为0～13.0mm，平均3.65mm；粘结指数（GR·I）：浮煤14.0～56.0，平均35.0。因此，7号煤层煤种以瘦煤为主、少量为贫瘦煤。

8 号煤层：浮煤可燃基挥发分(Vdaf）为11.89%～19.52%，平均13.96%；胶质层最大厚度(Y)为0～5mm，平均0.26mm；粘结指数(G) 浮煤0～32.00，平均7.13。因此，8号煤层煤种以贫瘦煤为主，少量为贫煤和瘦煤。

9 号煤层：浮煤可燃基挥发分(Vdaf）为11.41%～17.20%，平均13.64%；胶质层最大厚度(Y)为0～3.00mm，平均0.06mm；粘结指数(G)浮煤0～14.00，平均4.53。因此，9号煤层煤种以贫煤为主，少量为贫瘦煤。