彬长矿区蒋家河煤矿地质控煤特征及开采条件

COAL GEOLOGY & EXPLORATION Sep. 2019 煤田地质与勘探

文章编号: 1001-1986(2019)S1-0001-06

彬长矿区蒋家河煤矿地质控煤特征及开采条件

刘会彬1,2

(1. 中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 徐州 221116;

2. 彬县煤炭有限责任公司，陕西 咸阳 712046)

摘要: 利用地质勘探资料和生产过程中采集的实际数据，系统分析了彬长矿区南缘地质构造发育类型及平面分布特征、含煤地层及基底古地形的发育特点、煤层的时间和空间特点及矿区构造特征。研究认为：彬长矿区南缘蒋家河井田自三叠系以来经历了3个阶段的构造演化，演化历史与鄂尔多斯盆地构造演化基本同步；主采4号煤层受三叠系基底古地形、侏罗系河–湖相沉积环境及区域构造等因素影响，厚煤区位于彬县背斜以南和赵坡向斜的轴部；彬长矿区南缘主采的4号煤层资源丰富、煤质优良、开采条件良好，具有很好的开采价值和经济效益，针对瓦斯超限、淋水底板鼓起等问题，采取措施后可以实现安全开采。

关 键 词：彬长矿区南缘；构造演化；控煤因素分析；开采评价；蒋家河煤矿 中图分类号：P618 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.S1.001

Analysis of the characteristics of geological control on coal and mining conditions of

Jiangjiahe coal mine in Binchang mining area

LIU Huibin1,2 (1. School of Resources and Geosciences, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China;

2. Bin County Coal Co., Ltd., Xianyang 712046, China) Abstract: This paper is based on the geological exploration data and the actual data collected in the production process, analyzed systematically the development types and plane distribution characteristics of geological struc-ture, the development characteristics of coal-bearing strata and base paleotopography, and the temporal and spatial relations of coal seams and the characteristics of coordination with mining area structures in the southern margin of Binchang mining area. It confirmed: Jiangjiahe minefield in the southern margin of Binchang mining area has un-dergone the Triassic period, the tectonic evolution of each stage was basically synchronous with the tectonic evolu-tion of Ordos basin; the development of main mining seam 4 was influenced by the development of Triassic base-ment paleotopography, Jurassic fluvial-lacustrine sedimentary environment and regional tectonic development, and the thick coal area is located in the south of Binxian anticline and the axis of Zhaopo syncline; the southern margin of Binchang mining area is rich in coal resources and has excellent coal quality, good mining conditions, good mining value and economic benefits. In view of the problems such as gas exceeding the limit, water sprinkler floor bulging and so on, measures can be taken to achieve safe mining.

Keywords: southern margin of Binchang mining area; tectonic evolution; analysis of coal-controlling factor; mining evaluation; Jiangjiahe coal mine

彬长矿区是国家规划的十三个煤炭基地——黄陇基地的主力矿区之一，位于陕西省关中西北部长武和彬县境内，已建成火石咀、亭南、大佛寺、蒋家河和小庄等10对矿井。随着彬长矿区的不断开发，各项研究也取得了很大的进展，特别是针对瓦

斯来源[1-2]、工作面回采瓦斯治理[3-4]、矿压显现和巷道变形治理[5-6]、顶板水患治理[7]、构造演化和成煤因素[8-12]等方面的探讨较多。但是矿区边缘区域相关领域的探讨较少，因此，针对矿区南缘开发前景较好的蒋家河矿进行系统分析，研究井田构造演

收稿日期: 2019-08-05

第一作者简介: 刘会彬，1979年生，男，陕西彬州人，博士研究生，高级工程师，从事煤田地质和瓦斯地质研究工作. E-mail：liuhb7944@163.com

引用格式: 刘会彬. 彬长矿区蒋家河煤矿地质控煤特征及开采条件[J]. 煤田地质与勘探，2019，47(增刊1)：1–6.

LIU Huibin. Analysis of the characteristics of geological control on coal and mining conditions of Jiangjiahe coal mine in Binchang mining area[J]. Coal Geology & Exploration，2019，47(S1)：1–6.

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煤田地质与勘探 第47卷

化、控煤因素、煤层发育特点等，探讨煤炭资源开发的技术条件，为矿井主采4号煤层的安全高效开采工作提供依据和参考。

煤为不可采煤层，4上-1、4上-2煤为局部可采煤层，4煤为主要可采煤层，结构单一，全井田发育。全区煤层厚度为0.15~11.05 m，平均4.73 m。煤层赋存于赵坡向斜，轴部变厚，向两翼逐渐变薄或尖灭。

1 区域地质特征

1.1 地层及含煤性

依据钻孔揭露，彬长矿区地层由老至新依次有：三叠系上统胡家村组(T3h)，侏罗系下统富县组(J1f)，中统延安组(J2y)、直罗组(J2z)、安定组(J2a)，白垩系下统宜君组(K1y)、洛河组(K1l)、华池组(K1h)，新近系(N)及第四系下、中更新统(Q1+2)、上更新统马兰组(Q3)、全新统(Q4)。侏罗系中统延安组为研究区含煤地层，含煤4层，3层煤具有对比意义。其中，3

1.2 区域构造特征

彬长矿区从南到北发育一系列宽缓褶皱，总体走向NEE，倾向NW，倾角5°~10°。含煤地层被一组近NW的宽缓褶曲控制，从南向北依次为彬县背斜、师家店向斜、路家—小灵台背斜、孟村向斜、十里铺—西坡背斜。研究区位于彬县背斜南翼(图1)，褶曲长度10~30 km，幅度60~80 m。背斜南缓北陡，向斜则相反，对煤系、煤层厚度变化有控制作用，煤层具有东西两翼增厚、南北变薄趋势。

图1 彬长矿区地质构造纲要图

Fig.1 Geological structural outline in Binchang mining area

地表未发现断层，在矿区东南部的水帘矿、火石咀矿、下沟矿、蒋家河矿，以及矿区北部的雅店、高家堡等生产的矿井中见少量断距在1.2~6.0 m的小断层，矿区地质特征为简单型。

炭资源就是在印支运动到燕山运动的转折过程中形成的[10]。

2.2 井田构造发育特征

从平面上煤层分布及构造发育特征来看，主采４号煤层在井田中部呈NNE–SSW向展布，4号煤层可采厚度为1.05~10.85 m，平均5.29 m，属厚煤层，可采面积15.27 km2。可采煤层主要分布于赵坡向斜轴部及两翼，井田北部为彬县背斜的轴部，与大佛寺井田相邻(图1)。

a. 褶 皱

由一采区首采工作面巷道掘进剖面揭露，工作面煤层主要表现为一宽缓向斜(图2)，向斜的轴部距回风巷口约1 210 m，距运输巷口约1113.5 m(以一采区回

2 地质构造演化 2.1 区域构造演化特点

鄂尔多斯盆地经历了4个构造演化阶段：早–中侏罗世早期、中侏罗世、晚侏罗世和早白垩世，早–中侏罗世早期形成了丰富的煤炭资源。第一阶段坳陷方向为NE35°，第二阶段坳陷方向为NE25°，第三、四阶段坳陷方向均为SN向。聚煤期受控于大地构造背景转折过程，早–中侏罗世煤

增刊1

刘会彬: 彬长矿区蒋家河煤矿地质控煤特征及开采条件

tan

· 3 · 风巷口为起点)。工作面切眼长度140 m，走向56°，由式(1)得出巷道转折点连线与顺槽巷道的夹角α为55°25′，可以得到该工作面通过的褶皱走向为0°35′。

140



(1) 12101113.5

5525

图2 工作面顺槽巷道实测示意图

Fig.2 Schematic diagram of measured gate road in working face

首采工作面运输顺槽与回风顺槽转折端高程差为+3.77 m，两转折端距离约140 m，所以倾伏角为北倾1°16′18.24″。由巷道掘进揭露的构造特征表明，蒋家河矿区主控构造为一个枢纽近SN向的向北缓倾的向斜构造，即赵坡向斜，控制矿区地层及煤层的发育。

b. 断层

蒋家河煤矿二采区首采工作面回风顺槽掘进至172 m处遇到断距约3 m的北倾正断层，断距约2.6 m，断层带宽度约0.5 m，断面处煤岩破碎，瓦斯涌出量增大，淋水量增大。运输顺槽掘进至83.5 m处遇到断距约3.5 m的北倾正断层(和回风顺槽处为同一断层)，断层处均有顶板破碎、顶板淋水、瓦斯含量升高的特点。

并尖灭的煤层发育特点，这可能与第三阶段早白垩世早期盆地西缘的逆冲—推覆动力体系的远程效应有关；第三阶段发育的北倾正断层是受燕山和喜马拉雅期构造运动的改造结果。因此，彬长矿区南缘的蒋家河井田构造演化和鄂尔多斯盆地构造演化具有一致性和同步性。

3 控煤因素及聚煤规律

3.1 基底地层发育控煤

侏罗纪黄陇煤田的基底为三叠系上统胡家村组(T3h)，岩性为深灰色、黑灰色泥岩和浅灰绿色中—细粒砂岩。泥岩质地细腻，具水平纹理，风化后呈薄片状，含植物叶片化石(新芦木等)；砂岩以长石石英为主，颗粒均匀，具垂直裂隙，裂隙中充填细脉状或薄膜状方解石。该组地层顶面起伏不平，经下侏罗统富县组地层填平补齐后，为延安组沉积巨厚煤层的形成创造了有利条件，提供了稳定可靠的沉积可容空间。由此可知，鄂尔多斯盆地南缘三叠系基底古地形的发育控制着主采煤层区域上的分布范围。

3.2 沉积环境控煤

鄂尔多斯盆地从中–晚三叠世至早白垩世，沉积中心由东南向北、再向西南发生逆时针迁移。中生代各期沉积中心和沉降中心在位置上偏于盆地南部，与秦岭造山带同期强烈的汇聚造山活动在前陆产生的挠曲沉降密切相关[16]。

侏罗系富县组在蒋家河井田内10个钻孔有沉积，占41.7%，且沉积厚度、岩性、沉积类型变化较大，以残积相沉积为特征。沉降区沉积厚度大，隆起区变薄或尖灭。一般沉积厚度大，煤层厚度也随着增厚，如4-1孔，地层厚度11.20 m，煤层厚度11.05 m(该井田内最大厚度)，若沉积厚度小，煤层厚度相对变薄，如5-1孔，地层厚度3.04 m，煤层厚度仅2.05 m(4煤)。由此得知，富县地层增厚，煤层有增厚趋势。钻孔揭露侏罗系延安组在蒋家河井田普遍沉积，最大厚度114.33 m(4-2孔)，最小厚度

2.3 矿区构造演化分析

鄂尔多斯盆地是在滨太平洋构造域和特提斯构造域共同影响下形成的中生代大型内陆坳陷。其演化过程可分为早–中侏罗世早期、中侏罗世、晚侏罗世和早白垩世4个阶段，早–中侏罗世早期为重要的聚煤期。聚煤区围绕盆地沉降中心呈环带状展布，煤层层数、厚度及横向变化规律在盆地不同部位表现出不同特点[13-14]。渭北隆起经历了多期不同的构造作用，区域地质构造面貌比较复杂。区内断裂、褶皱较发育，成排性强，发育程度存在一定差异。南部挤压构造变形剧烈，中生界遭受大量剥蚀；北部地区没有发生明显的构造变形，地层发育较齐全；从南向北构造规模由大到小，构造变形由强逐渐减弱；断裂和褶皱的走向基本为近EW向、NE向、NNE向或NW向[15]。

蒋家河井田位于鄂尔多斯盆地南缘渭北隆起区，矿区煤层先后至少经历了3个阶段的构造演化。第一阶段构造演化受EW向展布的彬县背斜控制，与鄂尔多斯盆地第一阶段的印支期与第二阶段燕山期演化基本一致(图1)；第二阶段形成了井田中部的近SN向赵坡向斜，且在平面上煤层基本围绕其赋存，形成具有轴部煤层厚度大，两翼煤厚逐渐减薄

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煤田地质与勘探 第47卷

15.02 m(2-3孔)，平均厚度57.60 m。岩性以河沼相砂泥岩沉积为主，含煤1~6层，其中4煤为主要可采煤层。延安组下部为铝质泥岩、褐灰色泥岩、砂质泥岩及４煤；中部为灰色中–粗粒砂岩、粉砂岩及薄层泥岩，夹薄煤或中厚煤层(４上-1、4

上-2

煤)；底

部含细砾岩；上部为灰色砂质泥岩互层，含3号煤层。延安组与富县组或三叠系胡家村组假整合接触。井田内向斜区域延安组地层最厚，向两翼逐渐变薄(图3)。

图3 延安组等厚线图

Fig.3 Isopach of Yan’an Formation

3.3 构造控煤分析

蒋家河矿区的北边界为彬县背斜，矿区内煤岩层分布受赵坡向斜控制。含煤地层为侏罗系中统延安组，根据岩性、岩相、沉积旋回及煤岩组合特征，将其划分为三段，自下而上依次为第一段、第二段、第三段，第一段含4煤，第二段含4上-2、4上-1煤，第三段含3煤。延安组第一段(J2y1)为主要含煤段(4煤)，在井田内沉积普遍，最大厚度37.18 m(2-5孔)，最小厚度3.67 m(5-2孔)，平均厚度15.92 m。沉积厚度薄厚不等，向斜轴部较厚，30.31 m(4-3孔)、26.11 m(4-2孔)，向斜两翼逐渐变薄，西南角1-2号孔厚15.57 m；西北角12号孔厚7.08 m。4煤沉积分布规律和赋存厚度与该段发育程度基本吻合，受赵坡向斜的控制，向斜轴部煤层较厚，向两翼煤层变薄(图4)。 4 开采条件

4.1 资源赋存情况

全井田西部和中部煤层厚度大，含煤性好；东部煤层厚度小，含煤性差，局部含一层夹矸，结构简单。煤层赋存于赵坡向斜，轴部变厚，向两翼逐渐变薄或尖灭(图4)。4煤层地质储量89.97 Mt，可

图4 4煤可采厚度等值线图

Fig.4 Contours of minable thickness of No.4 seam

采储量50.23 Mt。煤层埋深约354.5~646.5 m，大部分煤层埋深在600 m以下。煤层埋深大，矿山压力相应较大，对巷道的破坏影响显著，易产生底鼓和片帮及帮鼓等问题，需要3~4个月才能稳定。

4.2 水文地质特征

井田水文地质类型属于以裂隙充水为主、水文地质条件简单类型，即“二类一型”矿区开采，最大的隐患是顶板水患。在掘进期间，首采工作面两顺槽及切眼巷道顶板均有淋水现象，淋水量约为4~5 m3/h。工作面回采时支架的顶部及后部出现较大淋水，淋水量约10~60 m3/h。二采区首采工作面回风顺槽淋水量约30 m3/h，均为顶板淋水，运输顺槽情况与回输顺槽基本相似。采取抽排、预先探测等措施保障了安全生产，整个矿井回采工作面和掘进巷道涌水总量约100~120 m3/h，表明该矿井水文地质类型为简单型。 4.3 工程地质特征

根据矿井地质勘探成果，4煤层底板主要为泥岩、页岩，岩石物理力学性质实验结果显示，岩层单轴干燥抗压强度27.1~48.44 MPa，坚固性系数集中在0.9~1.2，岩石质量RQD值为35.67~47.70，软化系数0~0.35，泥岩的泥化比为1.51~3.35(泥化比是指煤与矸石泥化实验中小于500 μm筛下物含量[17]。整体而言，4号煤层底板岩层稳定性很差、易膨胀软化、坚固性差、强度低。4号煤伪顶为炭质泥岩、泥岩，厚度薄，稳定性差，随煤层开采而冒落，属不稳定岩体。井田工程地质类型为层状岩类，工程地质条件中等，即三类中等型。矿井在工作面掘进和回采期间，淋涌水导致底板铝土质泥岩膨胀软化，底板强度大大降低，支护强度弱化严重，巷道底板和帮部均出现较大的变形。

4.4 瓦斯特征

蒋家河矿4号煤瓦斯成分主为甲烷及氮气。有

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刘会彬: 彬长矿区蒋家河煤矿地质控煤特征及开采条件 · 5 ·

效控制深度503.76~625.85 m，甲烷体积分数最高值48.49%，干燥无灰基甲烷含量最大值3.13 mL/g。平面上瓦斯成分及分带特征为：4号煤层可采范围内大面积样点以氮气、甲烷为主，甲烷含量大，形成N2-CH4带；其东、西周边属瓦斯风化带范畴，形成CO2-N2带。4号煤层瓦斯含量的基本规律：煤层埋深每增加85.50 m，瓦斯含量相应增加1 mL/g，甲烷含量随瓦斯含量的增高而增加。4号煤层顶板采样分析结果表明，顶板瓦斯含量与该煤层瓦斯含量基本相同。经鉴定为高瓦斯矿井，回采工作面瓦斯涌出量高达28.5 m3/min左右，造成上隅角甲烷含量经常超限，严重威胁着矿井的安全生产，采取了采前预抽等措施后，甲烷含量大大降低，保障了安全生[4]

。

5 结 论

a. 彬长矿区南缘蒋家河井田自三叠系以来经历了3个阶段的构造演化，第一阶段东西向展布的宽缓褶皱形成，第二阶段为煤系形成后，受鄂尔多斯盆地西缘逆冲推覆作用远程效应，产生的南北向发育的赵坡向斜控制了区内煤层的空间展布形态，后期发育的断裂构造属于第三阶段演化，其演化历史与鄂尔多斯盆地构造演化基本同步。

b. 彬长矿区南缘主采4煤层发育受三叠系基底古地形发育，侏罗系河–湖相沉积环境及区域构造发育等因素的影响，三叠系稳定的基底古地形为煤系连续堆积沉降提供了充足时间和空间，河湖相沉积环境为煤田的形成提供了丰富的物质基础，东西向发育的彬县背斜和近南北向发育的赵坡向斜控制了煤层的空间展布，厚煤区基本位于彬县背斜以南和赵坡向斜的轴部。

c. 彬长矿区南缘主采4号煤层资源丰富，煤质优良，开采条件良好，具有很好的开采价值和经济效益。在掘进和回采过程中遇到瓦斯超限、淋水底板鼓起等问题，经过实践证明，采取措施后可以实现安全开采。

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