燕子山矿开采条件分析及资源储量估算

段晓燕

（晋能控股煤业集团有限责任公司 燕子山矿，山西 大同 037037）

1 概 况

燕子山矿地层从老到新依次为志留系中统韩家店组、二叠系、三叠系下统、三叠系中统雷口坡组、三叠系上统须家组、第四系残积坡积层，各层的主要特征见表1。

表1 燕子山矿地层区划特征描述Table 1 Description of stratigraphic division characteristics of Yanzishan Mine

经探测，燕子山矿含煤地层主要的岩石成分包括有泥岩、石灰岩、细粉砂岩、黏土岩等。燕子山矿煤系厚度为71.17～104.11 m，平均煤系厚度为83.24 m；共含有8 层煤层，总厚度在3.48～11.96 m，平均煤层厚度为6.42 m，燕子山矿的含煤系数为7.71%。燕子山矿可供开采的煤层共有4 层，分别为K1、K2、K3b和K4，厚度为2.01～9.76 m，可采煤层的平均厚度为4.70 m，燕子山矿可采煤层的平均含煤系数为5.63%。

2 燕子山矿开采技术条件分析

2.1 燕子山矿水文地质分析

经探测，燕子山矿主要充水含水层包括有石灰岩岩溶裂隙含水层；该区域的地下水主要通过大气降水进行补给，由于本地的大气降水减少，其对应的补给条件较差，再加上燕子山矿所在区域的断层相对稀少；综合分析，燕子山矿煤层开采前各水力联系相对微弱。

在对燕子山矿钻孔抽水试验报告分析可知，各地层的涌水主要以二叠系上统长兴组和茅口组为主。其中，二叠系上统长兴组地层的单位最大涌水量为0.016 2 L/s·m，茅口组地层的单位最大涌水量为0.003 7 L/s·m。

总的来讲，燕子山矿矿区属于岩溶裂隙矿床，其水文地质条件属于中等水平。

2.2 燕子山矿瓦斯特征分析

初步探测可知，燕子山矿属于瓦斯突出的矿井，其主要成分为甲烷[2]。燕子山矿可采煤层的瓦斯含量及其可燃值见表2。

表2 燕子山矿可采煤层瓦斯特征参数Table 2 Gas characteristic parameters of mineable coal seam in Yanzishan Mine

结合瓦斯探测所得的等值线图和瓦斯生成的原理，在燕子山矿南侧主要为无烟煤，而在其背侧主要为贫煤；由于无烟煤吸附瓦斯的能力较强，导致燕子山矿南侧的瓦斯含量大于背侧。燕子山矿二叠系龙潭组地层以泥岩和砂质泥岩为主，其结构相对致密，在现场形成一个相对封闭的空间，不利于煤层的瓦斯外溢[3]。同时，煤层厚度越大对应生成瓦斯的量越多。

综上所述，燕子山矿南侧瓦斯突出现象较北侧更加严重；由于K3b煤层的厚度最大，其对应的瓦斯含量最大，与实际探测的结果相一致。

3 燕子山矿煤炭储量估算

在上述地质、含煤地质、水文及瓦斯等开采条件特征分析的基础上，明确燕子山矿可供开采的煤层共包括K1、K2、K3b和K4。此次重点对4 个煤层煤炭的储量进行估算。其中，K1属于中厚煤层；K2和K4属于薄煤层；K3b属于厚煤层。

3.1 估算方法及原则

目前，针对煤炭储量估算可采用的方法包括有地质块段法、断面法、开采块段法3 种[4]。其中，地质块段法主要适用于煤层分布不规则、厚度相对均匀且倾角较大的煤炭储量估算；断面法可适用于任意形状的矿体；开采块段法一般适用于开采开拓以上煤层储量的估算[5]。

对于燕子山矿而言，其矿体的形态相对简单；而且该矿的空间形态呈现为单斜构造的状态，煤层倾角较大。因此，采用地质块段法并依据标高、煤炭类别以及分块段对燕子山矿的煤炭储量进行估算，估算公式见式（1）。

式中：Q 为煤炭的估算值，万t；S 为块段平面积，10 km2；α 为块段的平均倾角，（°）；L 为块段煤层的平均厚度，m；d 为块段煤层的容重，t/m3。

根据《煤、泥地质勘察规范》[3]所规定的基本线距可将煤层划分为3 个块段，分别为探明的煤炭资源（331 基本线距为500 m）、控制的煤炭资源（332 基本线距为1 000 m）和推断的煤炭资源（基本线较332 扩大一倍）。

同时，根据燕子山矿煤质的不同，可将其分为贫煤、无烟煤2 种块段。

3.2 燕子山矿煤炭估算范围

经初步探测，各煤层占地面积估算见表3。

表3 燕子山矿各煤层不同标高可采面积估算Table 3 Estimation of recoverable area at different elevations of each coal seam in Yanzishan Mine

其中，对于K1煤层而言，在+50—-800 m 区域可采面积占据该煤层全区域可采面积的52%，属于局部可采煤层；对于K2煤层而言，在+50—-800 m 区域可采面积占据该煤层全区域可采面积的100%，属于全区可采煤层；对于K3b煤层而言，在+50—-800 m 区域可采面积占据该煤层全区域可采面积的57%，属于局部可采煤层；对于K4煤层而言，在+50—-800 m 区域可采面积占据该煤层全区域可采面积的78%，属于大部分可采煤层。

根据“3.1”中煤炭储量的估算方法和块段的划分原则，在K1、K3b和K4煤层包含有（331）+（332）+（333）的煤炭储量；在K2煤层包含（332）+（333）的煤炭储量。

3.3 煤炭资源储量估算

以K3b煤层煤炭储量估算为例，在上述估算方法、块段划分结果和储量估算范围分析的基础上，得出K3b煤层所估算的煤炭储量见表4。

表4 K3b 煤层煤炭储量估算结果（单位：万t）Table 4 Reserves estimation results of No.K3b coal seam(unit:ten thousand tons)

如表4 所示，对于K3b煤层而言，在+50—-200 m 水平线煤炭储量为1 791 万t，在-200—-300 m 水平线煤炭储量为742 万t，在-300—-600 m 水平线煤炭储量为2 255 万t，在-600—-800 m 水平线煤炭储量为1 575 万t；贫煤储量为2 422 万t，无烟煤储量为3 741 万t。

同理得出，K1煤层煤炭的储量为1 860 万t，K2煤层煤炭的储量为1 058 万t；K3b煤层煤炭的储量为6 363 万t；K4煤层煤炭的储量为800 万t。按照煤质分类，贫煤煤炭储量为4 176 万t，无烟煤煤炭储量为5 905 万t。

4 结 论

准确掌握燕子山煤矿开采煤层数量、所在区域以及煤质、储量等参数对于后续煤矿开采计划有重要意义。本文采用分块段方法重点对燕子山煤矿的资源储量进行估算，具体总结如下。

（1）燕子山煤矿可开采煤层包括有K1、K2、K3b和K4，厚度为2.01～9.76 m，可采煤层的平均厚度为4.70 m。

（2）燕子山煤矿的水文条件相对稳定，各地层的涌水主要以二叠系上统长兴组和茅口组为主。其中，二叠系上统长兴组地层的单位最大涌水量为0.016 2 L/s·m，茅口组地层的单位最大涌水量为0.003 7 L/s·m。

（3）燕子山煤矿存在瓦斯突出的危险性，其中以K2煤层的瓦斯含量最少，为16.97 mL/gm；K3b煤层的瓦斯含量最多为25.26 mL/gm。

（4）K1煤层煤炭的储量为1 860 万t，K2煤层煤炭的储量为1 058 万t；K3b煤层煤炭的储量为6 363 万t；K4煤层煤炭的储量为800 万t。按照煤质分类，贫煤煤炭储量为4 176 万t，无烟煤煤炭储量为5 905 万t。