凤凰山井田十五号煤基本地质特征分析
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凤凰山井田十五号煤基本地质特征分析
崔永杰
(晋城无烟煤矿业集团有限责任公司凤凰山矿，山西晋城）
摘要：本文主要是对十五号煤层基本地质特征进行分析，从而为十五号煤开发利用提供依据。
关键词：井田地质特征分析
1 十五号煤层概况
十五号煤层赋存于石炭纪太原组底部，上距九号煤层30m左右，下距奥灰岩10m左右，煤层底板标高最大+760.0m，最小+525.0m,煤层厚度最大5.50m，最小0.98m，一般在2.26m左右。
煤层结构复杂，含夹矸多层，其中较稳定的有三层，分别位于煤层上部和中部，夹矸厚度0.01-1.90m，煤层中肉眼可见黄铁矿条带和黄铁矿结核，局部可见针状或纤纬状黄铁矿晶体，煤层呈深黑色块状，玻璃光泽，普氏硬度2-4，其化学性质和工艺性质如下：
综合上述，十五号煤为中灰，高硫，高发热量之无烟煤。
从工业分析来看，
原煤中的硫分主要以无机硫为主，可以通过洗选去除。
煤层直接顶板为K1石灰岩，厚4.59-17.85m，一般在8.78m，直接底板为铝土泥岩，结构疏松侵水易软化膨胀，厚2.74-18.98m，一般在9.41m。
2 十五号煤成煤环境分析
本区十五号煤形成于晚石炭纪早期，当时受华北晚古生代纬向构造体系控制，奥陶纪后期长期处于剥蚀状态的华北地区已形成广阔坳陷，晚石炭纪正处于水进退的转换阶段，且地壳运动转为和缓稳定，海平面有轻微升降，坳陷区周边气候湿润地块稳定开阔，植物生长茂盛，为成煤提供了有利条件。
本区处于华北巨型坳陷的南部边缘，从太原组、本溪组地层岩相图分析主体呈海陆交互相沉积，旋回结构清晰，岩性以细砂岩、泥岩、石灰岩为主，岩相主要由过渡相组成，间夹浅海碳酸盐相，沼泽相及泥炭沼泽相。
显然在太原组地层形成过程中，本区海侵海退频繁，同时地壳活动缓慢。
通过对十五号煤层顶底板岩性和岩相分析，本区十五号煤层形成之前曾发生小型海退，造成泻湖环境，形成沼泽相、泻湖相，沉积成底板泥岩，十五号煤形成之后又发生了小型海侵，造成浅海环境，形成浅海泥岩相和碳酸盐相，沉积了其顶板泥灰岩和k1石灰岩，而十五号煤的形成则正是在这种小型海退和海侵的过程中完成。
这也可以从十五号煤层硫分较高得以证明。
从以上分析来看，本区十五号煤层形成于滨海一浅海型环境中。
3 十五号煤层地质构造
3.1 褶曲：
本井田受新华夏系构造——晋长褶断带的挤压牵引控制，发育着一系列与褶断带走向大致平行的褶皱。
轴向N15°-25°E。
倾角西部较陡30°—80°。
由西向东逐渐变缓，最小倾角3°—6°。
自西向东有：二仙掌向斜、四义背斜、兴王庄向斜、方山背斜、臣羊坪向斜等褶曲相间排列。
井田西部之褶曲轴基本纵贯全井田。
井田东部之褶曲由于受到东西向构造运动的影响，封闭式短轴向背斜较发育，其中轴长约80—120m，幅度约20m左右。
3.2 断层：
本区十五号煤层地质构造的形成与成煤初期的地质构造运动和成煤之后的后期构造运动有着密切关系，（如图2）十五号煤所发育的F2断层，由于呈现底
断顶不断现象，可以推测其形成于成煤初期，是由于成煤基底不平，在重力作用和地壳轻微振荡作用下形成的沉积断层。
而F1断层（如图1）的形成，由于煤体与顶底板同时断开，可以认为是煤层形成之后受后期地质构造改造形成的构造断层。
图1 F1断层剖面示意图
图2 F2断层剖面示意图
4 十五号煤层厚度变化及煤层结构成因分析
4.1 煤厚变化分析
根据钻探资料，本区十五号煤厚度变化很大，最薄0.8m，最厚5.27m（厚度均指煤层有益厚度）。
分析十五号煤层厚度变化原因有以下几个方面：⑴成煤基底不平引起的煤厚变化。
在井下表现为顶板平直，底部有起伏，底板上隆地方煤层厚度薄，凹下地方煤层厚度大。
因为在沼泽早期只有地形低洼的地方沼泽化并堆积泥炭，随着沼泽水面上升，沼泽范围扩大，才使较高地方也沼泽化并堆积泥炭，从而形成了今天所见的厚薄变化。
⑵由于构造挤压引起的煤厚变化，由于煤层相对于围岩一般是塑性的，在地壳运动的构造应力作用下，容易发生塑性流变，从而产生煤层的局部加厚和变薄。
(3)由于断层构造引起的厚度变化；在断层两盘煤层厚度出现变薄和加厚。
另外，受局部构造应力影响也能产生沿煤层底板的层间滑动，从而产生煤厚变化。
总的来看，影响煤层厚度变化的原因是多方面的，有时是几种现象的迭加，只有针对不同地段煤层厚度变化特点进行分析判断，确定影响煤厚变化的主要因素，再根据其分布规律，结合周围地质资料，才能较准确地预见未开掘地段的煤
厚变化情况，从而指导矿井生产。
4.2 煤层结构分析
从十五号煤层资料分析来看，十五号煤层结构复杂，含较稳定夹矸2-3层，其中煤层中上部一层结构疏松，质软易碎的黑色泥岩夹矸厚度变化较大0.2-1.9m （详见图五煤层结构图），对十五号煤开采构成严重威胁，就目前条件来看，只有通过钻探资料和巷道掘进来控制其发育范围。
此层夹矸的形成，是由于煤层形成过程中，聚煤盆地基底由缓和沉降转为快速沉降，造成沉积物补偿不足，聚煤作用中断而被深水相代替，呈现泻湖海湾环境，沉积了较厚的泥砂质（形成目前所见黑色泥岩夹矸），其后由于沉降速度减慢且与沉积物补偿速度相平衡，从而又发生泥炭沉积形成夹矸上部煤层。
从实际生产观察，一般在背斜或煤层顶底板平直地段夹矸较薄，而向斜轴部夹矸较厚。
5 十五号煤层水文地质条件分析
十五号煤层水文地件条件较复杂，就巷道掘进来说，由于对上覆岩层无较大采动影响，故巷道涌水主要来源为煤层顶板K1石灰岩含水，十五号煤层顶板灰岩含水与十五号煤地质构造有着密切关系。
一般在十五号煤层顶板断层、裂隙发育区段，向斜发育区段以及上覆九号煤层风氧化带下部，均是K1石灰岩富水区域，巷道掘进通过以上构造部位均会有淋水出现，一般来说其涌水量是变化的，当巷道掘进刚接近构造部位或区段时涌水较大，以后逐渐减小固定在某一量上。
从十五号煤工作面回采来看，由于采空塌陷使上覆岩层结构破坏，产生采动裂隙，裂纹使上覆各含水层相互沟通，故期主要充水因素为：⑴大气降水和地表水；⑵九号煤上覆岩层含水特别是三号煤采空塌陷区积水；⑶九号煤采空低洼区积水；
⑷煤层直接顶板K1石灰岩含水。
6 结束语
对凤凰山井田十五号煤层地质构造以及沉积环境的研究分析，成文资料不多，自己只是对我矿地质资料进行了一次总结分析，此中难免有漏洞或错误，还有待进一步研究和探讨。
作者简介：崔永杰（1967- ），男，山西长治人，工程师，1989年毕业于中国矿业大学地质系，现在晋城无烟煤矿业集团凤凰山矿，从事地质测量管理工作。
煤层
结构0.4(0.4)1.0(0.02)0.6 0.2(0.2)0.4(0.4)1.0 0.7(0.4)1.3 0.44(1.9)0.7
煤层
结构0.16(0.02)0.6(0.29)0.69(0.05)0.7 0.17(0.05)0.64(0.35)1.35 0.1(0.07)0.3(0.37)0.6(0.01)0.75 0.15(0.04)0.53(0.16)0.6(0.04)0.9
图3 15号煤煤层结构剖面图比例：x：1:100 y：1:1000
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