西山煤田太原组煤岩学及煤化学特征.pdf

1 5 4 娃蕉 斜技 2 0 1 7 年 第 9 期 西 山煤 田太原组煤岩学及煤化学特征 李全胜 西 山煤 电集 团公 司白家庄矿 ，山西 太原 0 3 0 0 2 2 摘要 以西山煤 田马兰矿 区石 炭 系太原组 6 、8 、9 及 1 0 煤为研 究对 象，采 用显微光 学、X射线 荧光光谱法等方法 ， 分析了该煤层的煤岩学、煤地球化学和煤相特征，探讨其原始成煤环境及演化规律。太原组上部 6 、8 煤受海水影响较大 下部 9 煤及 1 0 煤受海水影响较 小，从 而形成 了海陆交互的成煤 环境 。 关键词 西山煤 田 煤 岩学 煤 相 中图分类号P 6 1 8 ． 1 1 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 - 2 8 0 1 ． 2 0 1 7 ． 0 9 ． 0 6 6 Coa l pe t r o gr a phy a nd c oa l c he mi c a l c ha r a c t e r i s t i c s o f Ta i yua n f o r m a t i o n i n Xi s ha n Co a l Fi e l d L i Q u a n s h e n g Xi s h a n C o a l a n d E l e c t r i c i t y Gr o u p Co r p o r a t i o n Ba i J i a Z h u a n g mi n e ， S h a n x i T a i y u a n 0 3 0 0 2 2 Ab s t r a c t T h e p a p e r h a v e b a s e d o n No ． 6 No ． 8 No ． 1 4 a n d No ． 1 5 m a i n mi n e a b l e c o a l i n M a l an mi n i n g a r e a o f Xi s h a n c o a l fi e l d a s r e s e a r c h o b j e c t s ， Me t h o d s o f o p t i c a l mi c r o s c o p e ， X r a y fl u o r e s c e n c e s p e c t r o me t r y X F S h a v e b e e n u s e d t o a n a l y s i s m i c r o l i t h o t y p e a n d g e o c h e mi c a l p a r a me t e r s o f c o a l ， wh o s e f o r ma t i o n e n v i r o n me n t a n d e v o l u t i o n h a v e b e e n d i s c u s s e d ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t No ． 6 a n d No ． 8 c o a l h a s b e e n mo r e l e s s i n fl u e n c e d b y s e a e r o s i o n ， wh e r e a s No ． 9 c o a l an d No ． 1 0 c o a l d o l e s s ， c o n s e q u e n t l y f o r me d t r a n s i t i o n a l ma r i n e t o l i mn i c f a c i e s e n v i r o n me n t ． K e y wo r d s Xi s h a n c o a l fi e l d c o a l p e t r o g r a p h y c o a l f a c i e s 西山煤 田位于山西陆台太岳南北经向构造带与 阳曲一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。本文选择西 山煤 田马兰矿 区石炭系太原组 6 、8 、9 及 1 0 煤 为研究对象 ，分析了该煤层的煤岩学、煤地球化学 和煤相特征。 1 煤层及煤岩学特征 6 煤位 于 L 5灰岩与 S 3砂岩之 间，间距变化 受 K 3砂岩发育程度控制。煤厚 0 ． 5 0 ～ 1 ． 7 5 m，平均 1 ． 1 6 m。含一层夹石，煤层上分层较厚 ，下分层较 薄。顶板为粉砂岩或炭质泥岩，底板为中、细砂岩。 属大部分可采的较稳定煤层。宏观煤岩类型主要为 暗淡煤 、半暗煤 、半亮煤。煤层平均视密度为 1 ． 3 8 t ／ m 。显微煤岩组分以镜质组为主。矿物主要为粘土， 大多数呈夹层存在。 8 煤位于太原组中、下部，庙沟灰岩 L 1 之 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 5 0 3 作者简介李全胜 1 9 6 9 一 ，男，本科 学历，从事矿井地质方 向的研 究。 下，距 6 煤层 为 2 5 ． 6 6 ～ 6 8 ． 1 l m，平均 5 0 ． 0 3 m。煤 层厚度 1 ． 5 0 ～ 5 ． 2 2 m，平均 4 ． 1 l m，结构较简单 ，一 般有 2层夹石 。顶板为 L l 泥灰岩或石灰岩，局部 具炭质泥岩或泥岩伪顶，底板多为粉砂岩或砂质泥 岩。属全井 田可采的稳定煤层。宏观煤岩类型主要 为光亮煤和暗淡煤 ，呈条带状结构。煤层平均视密 度为 1 ． 3 5 t ／ m 。显微煤岩特征的有机组分以镜质组 为主，含量约 占 7 2 ． 7 ％，惰质组次之，组分含量约 占 2 7 ． 3 ％，镜质组 惰质组 9 5 ％，属微镜惰煤。 其中，镜质组中以基质镜质体居多，其次为均质镜 质体和结构镜质体，有部分团块镜质体和少量碎屑 镜质体；隐约可见小孢子体 ；惰质组中以氧化半丝 质体居多， 其次为粗粒体， 有少量惰屑体和微粒体； 矿物中粘土以浸染状居多， 其次为充填状和分散状， 有少量团块状 ；有少量黄铁矿。镜质组平均最大反 射率 。 为 1 ． 3 0 ％。 9 煤 位 于 太 原 组 下 部 ， 上 距 8 煤 层 1 ． 3 4 ～ 1 4 ． 2 4 m，平均 7 ． 9 8 m。煤层厚度 0 ． 4 1 ～ 2 ． 4 8 m， 平均 1 ． 3 2 m， 含 0 ～ 1 层夹石， 为结构简单的中厚煤层。 顶板多为砂质泥岩，底板多为泥岩或粉砂岩。本层 属大部可采的较稳定煤层。宏观煤岩类型主要为暗 2 0 1 7年第 9 期 堪蒺 舛 技 1 5 5 淡煤 、半暗煤 、半亮煤 ，暗淡型煤呈粒状结构或杂 散状结构 ，半暗煤、半亮煤为细条带结构。煤层平 均视密度为 1 ． 3 9 t ／ m3 。显微煤岩特征 的有机组分以 镜质组为主，含量约占6 9 ． 5 ％，惰质组次之，组分 含量约 占3 0 ． 5 ％，镜质组 惰质组 9 5 ％，属微镜 惰煤。其中，镜质组中以基质镜质体居多，其次为 均质镜质体和结构镜质体，有部分团块镜质体和少 量碎屑镜质体 ；惰质组 中以氧化半丝质体居多，其 次为粗粒体 ，有少量惰屑体和微粒体；矿物中粘土 以浸染状居多 ，其次为充填状和分散状 ，有少量团 块状 有少量黄铁矿。 镜质组平均最大反射率 R 。 。 为 1 ． 2 7 ％。 l 0 煤 位 于 太 原 组 下 部 ，9 煤 层 之 下 2 ． 0 5 ～ 1 5 ． 1 4 m，一般 6 ． 2 0 m。煤厚 0 ． 1 2 ～ 2 ． 0 2 m，平均 厚 0 ． 8 8 m。结构简单，含 0 ． 1 层夹石，顶板多为泥 岩、砂质泥岩，底板多为砂质泥岩或粉砂岩。属局 部可采的不稳定煤层。宏观煤岩类型主要为暗淡煤、 半暗煤 、半亮煤 ，暗淡型煤呈粒状结构或杂散状结 构，半暗煤、半亮煤为细条带结构。煤层平均视密 度为 1 ． 4 6 t ／ m 。显微煤岩特征的有机组分以镜质组 为主，含量约占 8 0 ． 7 ％，惰质组次之，组分含量约 占 1 9 ． 3 ％，镜质组 惰质组 9 5 ％，属微镜惰煤。 其 中，镜质组中以基质镜质体居多，其次为均质镜 质体和结构镜质体 ，有部分团块镜质体和少量碎屑 镜质体 ；惰质组 中以氧化半丝质体居多 ，其次为粗 粒体，有少量惰屑体和微粒体；矿物中粘土以浸染 状居多 ，其次为充填状和分散状 ，有少量团块状； 有少量黄铁矿。镜质组平均最大反射率 R 。 为 1 ． 1 6 ％ 2 煤化学特征 采用 煤质质量 分级 第 1 部分 灰分 G B ／ T 1 5 2 2 4 ． 1 2 0 1 0 、 煤质质量分级 第 2部分 硫 分 G B ／ T 1 5 2 2 4 ． 2 2 0 1 O 、 煤 中有 害元素含量 分级第 1 部分磷 G B ／ T 2 0 4 7 5 ． 1 - 2 0 0 6及 中 国煤炭分类标准 GB 5 7 5 1 - 2 0 0 9 等标准对煤样进行 评价分类。太原组各煤层煤质特征 6 煤为中灰 、 中高硫 、高发热量的肥煤 ；8 煤为低灰、中高硫、 高发热量的肥煤为主，焦煤为辅 ；9煤为中灰 、中 硫 、中高发热量 的肥煤为主，少量焦煤分布于井 田东南角；1 0 煤为低灰 、中硫、中发热量 的肥煤 为主，焦煤为辅 。煤灰成分中 S i O 、A 1 O。 等氧化 物的含量及相互 消长关系可用来鉴定煤相 ，其 中 C a O Mg O F e 2 O 3 ／ s i o 2 A1 2 O 3 比值可作为海水对 泥炭影响的评价指标 ，比值越大，说 明泥炭沼泽受 海水影响越大。由于判定沉积环境的元素指标数值 具有地区差异，于是结合西山煤 田下组煤的化学特 征及已有的岩相资料 ，将 0 ． 1 8 作为海陆相分界值。 、8 煤的灰成分 比大于 0 ． 1 8 ，说明成煤时沼泽环 境受到海水影响，9 、1 0 煤的灰成分比小于 0 ． 1 8 ， 受海水影响较小。总之 ，太原组煤层在成煤过程中 不断受到海 、陆两方面的影响 ，从而形成海陆交互 的成煤沼泽环境。 3 煤的可选性特征 对太原组 8 煤做 了简易浮沉试验，采用 GB ／ T 1 6 4 1 7 ． 2 0 1 1 煤炭可选性评定方法 进行评定 ，结 果见图 1 。8 煤层设理论灰分 Ad 1 0 ％时，理论 分选密度为 1 ． 6 8 g ／ c m ，其 0 ． 1 含量为 4 ． 9 ％，属于 易选；设理论灰分 Ad 1 3 ％时，理论分选密度为 1 ． 9 8 g ／ c m。 ，其 0 ． 1 含量为 6 ． 2 ％，属于易选。 图 1 8 煤层 可选性 曲线 4 结 论 太原组各煤层样镜质组 V 的含量均较高，尤 其是元结构镜质体 c 。惰质组 I 中均以丝质体 F 和碎屑惰质体 O d 含量较多 ， 粗粒体 Ma 和半丝质 体的 s f 次之 ， 菌类体 S c O含量较少。 煤中矿物 M 以粘土矿物为主，黄铁矿含量相对很少。6 煤为中 灰 、 中高硫 、 高发热量的肥煤；8 煤为低灰、 中高硫 、 高发热量的肥煤为主，焦煤为辅 ；9 煤为中灰、中 硫 、中高发热量的肥煤为主，少量焦煤分布于井 田 东南角；1 0 煤为低灰 、 中硫 、 中发热量的肥煤为主， 焦煤为辅。6 、8 煤的灰成分 比大于 0 ． 1 8 ，受到海 下转 第 1 5 7页 2 0 1 7 年第 9 期 互媳蒺 科技 1 5 7 况下工作面视电阻率远大于含水断层和富水性岩层 的视电阻率 ，本次物探设备 YC S ． 4 0矿用本质安全 型瞬变电磁仪 ，主要技术参数如下 仪器参数设置 装置参数设置 发射电厩 7 ． 3 V 发射线框的边长1 ． 5 m 发射频率 8 ． 3 H z 发射线框匝数 1 0 叠加次数 3 2 电阻要求 l 0 n 抑制 系数 2 接收 回线边 长 1 ． 5 m 发射电流 2 ． 5 A 接收线框匝数2 0 探测深度约 8 0 m。 3 资料解释 瞬变电磁法观测数据是各测点各时窗的瞬变感 应电压 ，要换算成视电阻率、视深度等参数。本次 资料处理 主要采 用 T E MI N T软件进行正 反演解释处 理 。 由于本区的含水异常基本都是采空区积水的异 常，还有一小部分是断层等因素导致的裂缝导水， 这里先主要展示部分采空区积水的异常成果罔。关 于含水的判断主要是看两个数据 ， 一个是阻值， 这 里一般都是把成果图的阻值嘲定在 0 ～ 1 0 0之间 阻 值在 2 0 以下， 才可以判断为含水区。 一个对比阻值， 只有对比才可以判断到底是不是含水。所以说要整 体看物探成果图，只有同时满足有低阻值并且是异 常波形才可以判断是否含水区。 图 1 为 2 2 6 0 1 皮带顺槽做的向某采空区进行的 物探成果 图。 图 l 顶板 向上 竖直 方向视 电阻率断面 探 测 结果 如 罔 1 。其 中巷 道 位置 2 7 0 m处 对应 为 2 2 6 0 1 皮带 顺 槽 和 2 2 6 0 1 切 眼的 交 界处 即 2 7 号 点 位置 ，1 1 0 m 处 对应 2 2 6 0 1 皮带 顺槽 2 3号点后 面 3 m。 中巷道位置 2 6 0 ～ 1 6 0 范同内阻值最低为 5 、 深度为 4 0 ～ 8 0 r n并且低 阻范围最广泛，距离 2 2 6 0 1 皮带顺槽位置大概 4 0 m以外为低阻异常区，巷道位 置 1 6 0 ～ l 1 0 m阻值平缓相对偏低， 阻值在 5 ～ l 0中间。 分析判 断得 出 2 2 6 0 1 皮 带顺槽 右帮向右有 含水异常 区，主要 分布在 巷道 位置 2 7 0 ～ 1 6 0 m 中问 ，深 度范 罔为 4 0 ～ l 0 0 m之间，1 6 0 ～ l 1 0 m方向逐渐减少含水 量。与实际相结合，可以判定为采空区积水。 所探查的富水性区域，可能会造成工作面回采 时突水灾害，威胁煤矿生产安全，因此针对富水异 常 区进 行打钻验证 。后来通过 钻探验证 ，得 此次 勘探测量所圈定的富水性异常区域与钻探得出的结 果基本相符 。 4 结语 通过本次探查可以充分证明矿井瞬变电磁法技 术在解决煤矿含水层富水性分布规律、有效隔水层 厚度 、顶板潜在的突水通道等方面十分有效 ，矿井 瞬变电磁法具有对地下含水导水构造敏感和成同多 样性 、施工灵活等特点 ，对矿井水害防治具有科学 指导意义 ，值得推广应用 。 【 参考书目】 [1 ] 刘树 才， 刘志新 ， 姜 志海 ． 瞬 变电磁 法在 煤矿 采 区水 文勘探 中的 应用 [ J ] ．中 国矿 业 大学学 报 ． 2 0 0 5 ． 4 2 4 1 4 4 1 7 ． [ 2 ] 于景部，刘志新，等 ． 用瞬变电磁 法探查综放工 作 面项板水体的研究 [ J 1 ． 中国矿业 大学学报 ， 2 0 0 7 ， 3 6 4 1 2 6 1 3 0 ． [ 3 ] 郭威 ， 王玉和 ， 刘文 ．基于瞬变电磁法探测结果 的煤 层底板 突水数值 模拟研 究 [ J ] ． 矿业安 全与环 保 ． 2 0 1 3 , 2 4 0 2 0 - 2 3 ； 2 7 上接 第 1 5 5页 水影响较大 ，9 、1 0 煤 的灰成分 比小于 0 ． 1 8 ，受海 水影响较小．体现了成煤过程中不断受到海 、陆交 替影响。8 煤层 设理论灰分 A d1 0 ％ 时 ，理论 分 选密度为 1 ． 6 8 g ／ c m ，属于易选；设理论灰分 Ad 1 3 ％时，理论分选密度为 1 ． 9 8 g ／ c m ，属于易选。 【 参考文献 】 [ 1 ] 刘东娜 ， 周安朝 ， 马美玲 ． 大同煤田白洞矿区5号 煤层煤相特征 [ J ] ． 中国煤炭地质 ， 2 0 1 1 ， 2 3 5 2 4 ． 『 2 1 周瑞 ， 张荣华 ， 耿杰 ． 沁水煤田太原组煤层地质学 特征 [ J ] ． 煤炭技 术 ， 2 0 l 7 ， 3 6 3 ． [ 3 ] 黄操 明 ， 周绮峰 ． 霍 西煤 田霍县矿 区沉积环境对煤 层厚度及分布的控制 [ J ] ． 煤炭学报， 1 9 8 7 3 7 3 8 3 ． [ 4] 楚英军 ， 李姣龙 ， 李彦恒 ． 单侯矿 5号、6号煤的 煤岩学特征及煤相分析 ． 煤炭与化工 ． 2 0 1 3 ， 3 3 7 ． 『 5] 许 福 美 ， 方 爱民 ． 煤相研 究历 史的回顾及 其 国 内 外研究现状 [ J 1 ． 龙岩学院学报 ， 2 0 0 5 ， 2 3 3 5 4 5 6 ■■■■■圜 r 墨 j - ■