新疆砂墩子煤矿煤层地质特征及瓦斯赋存规律研究

张杭林

（晋能控股煤业集团潞新公司砂墩子煤矿，新疆哈密839000）

1 地层

井田内出露地层由老到新依次为古生界的石炭系（C），中生界侏罗系的中侏罗统西山窑组（J2x），新生界下古近系（E）,第四系（Q）。现分述如下：

（1）古生界石炭（C）。下统雅满苏组（C1y），厚度不详,仅在井田外东北部少量出露，主要由深灰绿色的安山玢岩、淡红色石斑岩、流纹岩及灰白—浅红色火山角砾岩、大理岩、变质砂岩等组成。井田1′-0、3′-4、2-9、9-2、13-2钻孔见该层位。

（2）中侏罗统西山窑组（J2x）。中侏罗统西山窑组（J2x）钻孔1′-0、3′-4、2-9、9-2、13-2 揭露该地层，其厚度36.51～639.56m。按岩相及岩性的不同分为三个段。

下段：属湖泊沼泽相。岩性以灰—深灰色砂岩、粉砂岩为主，中夹砾岩及薄层的泥岩、炭质泥岩、菱铁矿和薄煤层等。厚度23.43～99.34m，平均厚度60.03m。

中段：属浅湖泊相。岩性以灰色粉细砂岩互层为主，夹砾岩、薄层的菱铁矿、炭质泥岩等。含煤13 层（1-3、1-2、1-1、1-0、4-7、4-6、4-5、4-4、4-3、4-2、4-1、4-0、5号煤层），其中1-1号、4-1号煤层为可采煤层，其余煤层薄且不稳定，均为零星可采、不可采。厚度89.52～144.71m,平均厚度117.92m。

上段：属河流相。为一套灰—灰黄绿色，巨厚层状砾岩、砂岩、夹薄层粉砂岩。厚度138.29～395.51m,平均厚度217.42m。

与下伏地层呈不整合接触。

（3）古近系（E）。古近系渐新统鄯善群（E）广泛出露于井田,地震资料表明井田新生界厚度变化情况为：由北向南逐渐增厚，东薄西厚，厚度为220～360m，南北最大厚度差140m，坡角1°～4°。经本次勘查,钻孔揭露全层厚度0.34～348.83m，平均厚度327.35m。其空间分布特征与地震解释成果基本一致。

现叙述如下：

底部为杂色砾岩与浅红色粘土结核状泥岩组成，与下伏地层呈不整合接触。

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中部分为三组：第一组由白色—淡红色，富含钙质结核之钙质砂岩、砾岩及砾状灰岩组成；第二组为淡红色砂砾岩，含钙质结核较多，砂岩次之，呈不均一状互层；第三组以淡红色泥质砂岩为主，含白色钙质结核夹砾岩。上部以淡红色泥岩为主，夹薄层的淡红色砂岩、砾岩。

（4）第四系全新统（Q4apl）。区内广泛分布，岩性以灰褐、杂色砾石、砂砾石层为主，夹薄层的砂及亚砂土，与下伏地层呈不整合接触。井田钻孔揭露全层厚度0.20～29.13m，平均厚度6.06m。

2 含煤地层

井田含煤地层为中侏罗统西山窑组（J2x2）中段，浅湖泊相沉积，岩性以细砂岩为主，夹砾岩、薄层的菱铁矿、炭质泥岩等。含煤13层其中1-1号、1-0、4-1号煤层为可采煤层，其余煤层薄且不稳定，均为零星可采、不可采。分述如下：

（1）1-1号煤层。1-1号煤层位于西山窑组中段的上部部，井田内有78个钻孔穿过该层位，其中未见煤点3 个，见煤点75 个,见煤点中可采点53 个。可采面积48.72km2，面积可采系数为41.0%。含夹矸0～1 层的见煤点有33个，含夹矸2层的见煤点有10个，夹矸大于等于3 层的见煤点有10 个，煤层结构简单。煤类为不粘煤。该煤层属大部可采的较稳定煤层。煤层总厚在0～8.27m之间，平均总厚3.59m；可采厚度在0.85～8.27m之间，平均厚度5.07m，属厚煤层。煤层顶板岩性以粉砂岩为主，细砂岩、粗砂岩次之，局部夹炭质泥岩。底板岩性以粉砂岩、炭质泥岩为主，细砂岩次之。与下部的1-0号煤层的平均间距5.30m。

根据井田内7′线上施工的7-4孔及9′线上的9′-1、9′-2孔控制的含煤地层可知，1-1号煤层所在含煤层段在7′线以西尖灭。

（2）1-0号煤层。1-0号煤层位于西山窑组中段的上部，井田内施工钻孔中有56个钻孔控制该层位，其中未见煤点7个，见煤点49个，见煤点中可采点29个。可采面积24.26km2，面积可采系数为20.4%。含夹矸0～1层的见煤点有29 个，煤层结构简单。煤类为不粘煤。该煤层属局部可采的不稳定煤层。煤层总厚在0～2.25m之间，平均总厚0.82m；可采厚度在0.84～2.25m之间，平均厚度1.24m，属薄煤层。煤层顶板岩性以粉砂岩、细砂岩为主，局部地段夹薄层炭质泥岩。底板岩性以粉、细砂岩为主，粗砂岩、炭质泥岩次之。与下部的4-7号煤层的平均间距59.99m。

该煤层分布在6′线以东、11 线以西，局部地段可采，向东、西两侧煤层变薄至尖灭。

根据井田内7′线上施工的7-4孔及9′线上的9′-1、9′-2孔控制的含煤地层可知，4-1-1号煤层所在含煤层段在7′线以西尖灭。

3 构造

矿区位于哈密盆地的北缘，褶皱断裂活动均较强烈，地层走向、褶曲轴向及断裂走向等构造线总体为北东东向，燕山期构造运动为区内主要构造的形成期和复活期。区内褶皱简单，断裂较发育，主要有F1、F2、F3、F4断层，井田位于西山背斜的西倾覆端，为一单斜、伴有较多断层，局部褶皱发育。地层倾角3°～15°。现综合叙述如下。

3.1 褶皱

（1）主体大褶曲——西山复式背斜。西起砂墩子矿区，向东呈近东西向横贯全区，长达45km。向西倾伏，东部翅起。轴向西部为北西西向，中部为东西向，东部为北东东向。轴部为石炭、二叠系地层，翼部为中、新生界地层，北翼较缓，地层倾角4°～10°，南翼较陡，地层倾角5°～15°（近断层处可达25°以上）。由于受后期构造运动的影响，导致南北两翼产生次级、更次级的不等级别小褶曲，统属西山复背斜。翼部中裸露有中侏罗统的西山窑组地层，其下部为赋煤岩系，且含该项目的主要工作对象4 煤层。由于南翼被F1逆冲断裂破坏，致该褶曲南北两翼呈不对称状。

（2）次级小褶曲。西山复式背斜的北翼，依次出现多个平行排列的背向斜，延展长度短、影响范围不大、规模小，且轴向和西山复式背斜轴向一致的小褶曲，为西山大背斜形成后渐次生成的次级褶皱，为西山复式背斜北翼的组成部分。西山复式背斜的南翼，西部砂墩子矿区，基本上为南倾的单斜层（地震波显示有轻度起伏），而东部的砂枣泉井田中，有数条北东轴向、平行排列、长度1km左右的小褶曲。

（3）沙尔背斜：呈“弓”形，向西北、东南方向延伸，穿插井田内南端，长达数千米，轴向近东西向，东翘西伏，东部向东南翘起，西部向西北翘起。北翼倾角10°～12°，南翼开阔，倾角稍缓，7°～8°。

（4）W1向斜：呈“弓”形，向西北、东南方向延伸，穿插矿区内南端，长度约16km，轴向近东西向，东翘西伏。北翼主要在井田内，倾角在5°～12°。

（5）三道岭向斜：位于三道岭—砂枣泉的南侧，为一轴向近东西的开阔状向斜，于矿区外南部地表均为新生界地层，为前人所划，未见任何资料。

3.2 断裂

燕山构造期中，区内主要受南北挤压应力的影响，地层发生褶皱，同时产生断裂。其断裂的主要特点是：以走向逆冲断裂为主，规模较大，对含煤地层有较大破坏，而倾向断层以正断层为主，规模较小，对含煤地层影响较小。主要断裂分述如下：

（1）F1逆冲断层。该断裂位于井田的北部，呈向南突出的“弓”形展布。西段居于砂墩子矿区的北侧沿北西方向伸于区外，逆冲面北东倾，倾角45°以下，垂直断距约50m；中段为三道岭矿区的南界，逆冲面向北倾，逆冲面倾角45°以下，垂直断距约500m；东段沿砂枣泉井田的南界沿北东方向伸于区外，逆冲面北西角，倾角为80°。总体而言，本断层横贯全区且连于区外，为规模大的自北而南逆冲推覆构造，对煤田有一定破坏作用。

（2）F2逆冲断层。隶属于F1的同组配套断层，规模次于F1断层。西起砂墩子矿区东，和F1断层交合，沿东西方向向东延伸，至一矿东急转为近南北向交汇于F1断裂上。为一走向断层，断面向南至南西倾，断面倾角28°～64°（印证了逆冲断层上陡下缓的特征），落差15～40m，部分侏罗系被剥蚀。

（3）F3正断层。该断层经西山区，沿近东西方向延伸，横贯区内且连于区外，为一规模较大的正断层，区内长度约20km。断面北倾，倾角27°～79°，落差约50～250m，落差由西向东逐渐增大，对区内煤田有一定破坏，部分地段使赋煤地层埋藏变深。

（4）F4逆冲断层。位于后窑井田—砂枣泉井田的北侧，轴向近东西，亦为走向断层，东端与F1断层相交，据区内资料整体分析，仍为F1逆冲断层的配套断层，即以F1大的逆冲断裂为主体，伴生组合有次级构造，形成上陡下缓的多个次级逆冲面和多个地质片体。

（5）倾向小断层。区内的主体褶断方向为北东东向，为南北挤压应力下的构造形迹，同时伴生有东西向的小张力作用，从而产生了数量多、规模小的近南北向及北北东向的小断层（如F101、F105）。这些断层以正断层为主，延展长度短，落差小（多数落差为5～10m），对矿区煤层有一定影响。

4 地质构造复杂程度评价

本井田位于井田总体处于西山复式背斜的南翼，单斜构造，褶皱发育很少。地层倾角较缓。井田内虽然断裂存在较多，但主要断裂地处本井田的北部及中南部，地震勘探控制程度较高。首采区内的断裂多为0～5m，对4-1号煤层影响有限，因此首采区构造复杂程度确定为二类中等构造类型。

5 煤层稳定程度评价

砂墩子煤矿可采煤层三层，其中1-1 号煤层面积可采系数为41.0%，煤层结构简单，煤层属厚煤层；1-0号煤层面积可采系数为20.4%，煤层结构简单，属薄煤层；4-1号煤层面积可采系数为59.6%，煤层结构简单，属大部可采的较稳定厚煤层。

井田内主要煤层变质程度较低，为不具粘结性的(21BN-31BN)不粘煤。各煤层的原煤干燥基高位发热量(Qgr.d)平 均 在27.78～28.86MJ/kg 之 间，平 均 值 为28.34MJ/kg。

煤中有害元素包括硫、磷、氟、氯、砷等元素，各采样点原煤全硫在0.06%～0.83%之间，浮煤全硫在0.03%～0.38%之间。各煤层原煤全硫在0.16%～0.24%之间，平均值为0.21%；浮煤全硫在0.14%～0.28%之间，平均值为0.20%。各煤层原煤磷含量在0.001%～0.133%之间，平均值为0.012%。各煤层原煤氟含量在49～282μg/g之间，平均值为95μg/g。各煤层原煤氯含量在0.015%～0.292%之间，平均值为0.074%。各煤层原煤砷含量在1～5μg/g之间，平均值为2μg/g。井田内各煤层有害元素含量具有以下特征：特低硫、特低—低磷、特低—高氟、特低—中氯、特低—低砷煤，煤中有害元素含量总体较低。井田煤层煤质变化较小，发热量较高，有害元素含量相对较低，是优质的火力发电用煤，工业锅炉和民用燃料。最终评定为较稳定煤层。

6 矿井瓦斯赋存规律

煤层的瓦斯变化规律，其一，煤层的瓦斯含量一般随煤层埋藏深度的增加而有升高之趋势；其二，煤层瓦斯含量一般在厚煤层中相对富集。

瓦斯梯度：即指煤层中沼气含量平均每增加1m3/t的煤层下延深度。计算公式：

式中：a——相对的沼气含量梯度；

H——煤层的某一深度，一般采用某一水平的平均深度；

H0——瓦斯逸散带深度；

q——煤层深度为H的沼气含量;

q0——瓦斯逸散带下界的沼气含量，经计算1-1号煤层、4-1号煤层瓦斯梯度平均分别为14.76、74.4。

7 结论

井田总体位于宽缓背斜西山背斜的南翼，由北向南倾向依次为西—南西—南，沿倾向发育少量宽缓的次级褶皱，井田内断层较发育。井田内含煤地层为侏罗系中统西山窑组，可采煤层三层，为1-1煤层、1-0煤层、4-1煤层，主要可采煤层厚度有一定变化，但规律性较明显，结构简单。各煤层煤质相近。煤层为较稳定煤层。井田内煤层的瓦斯变化随煤层埋藏深度的增加而有升高之趋势，煤层瓦斯斯梯度明确，瓦斯分类为中等。