煤层厚度及其变化规律

灭火器有效期2023-05-03  34

211 2#煤层

2#煤层上距1#煤层3~30m,下距3#煤层5~28m。该煤层主要发育于北区。南区除在马沟渠井田和象山井田北部局部地段发育较好外,其余大面积不发育。煤层夹矸少,结构简单,厚度也较小,厚度变化范围为0~228m,一般厚08m左右。

煤层厚度分布呈沿一定方向展布的条带状,厚薄相间,方向性明显。总的分布方向为北西—北西西和北东两个方向。全区由北向南可划分为5个厚度较大的条带和7个厚度较小的条带(图21),厚煤条带位于桑树坪井田中部及南部、下峪口井田中部、燎原井田北部和马沟渠井田中部,这些条带之间为厚度相对较小的条带。沿倾向方向,煤层发育规律为浅部露头附近厚度较小,中部厚度较大,向深部煤层厚度又变小。

图21 2#煤层厚度分带示意图

2#煤层总体厚度小,大面积不可采。则属于局部可采煤层。从今后煤层气开发来看,属于非主要开发对象,该煤层北区比南区发育(图22),南区的象山井田,基本不发育,其煤厚变异系数全区平均为32%(其中桑树坪井田为24%,下峪口为36%,燎原为28%,马沟渠为22%,象山为24%),可采性指数全区平均为49%,属极不稳定煤层。

212 3#煤层

为全区发育的主要可采煤层,各井田煤层发育特征分述如下:

桑树坪井田:3#煤层在桑树坪井田发育较好,厚度较大,两极厚度105~1803m,一般厚65m,结构较简单,部分钻孔见有1~3层夹矸,厚度变化较大,在很短的距离内,厚度从19m突变到24m。总的变化规律是,沿走向方向井田中部厚度较大,南北两侧厚度较小,沿倾向方向浅部厚度较小,中深部厚度较大,煤厚度变异系数为38%,可采性指数为100%,属较稳定煤层。

图22 北区2#煤层厚度等值线图

单位为m,余为钻孔号

象山井田:煤层两极厚度为0~571m,一般厚150m。结构较简单,一般不含夹矸,少数含1~2层夹矸。除了在井田北部边界附近局部无煤和井田中部露头附近厚度较大外,其余厚度都在15m左右,很少有大于2m和小于1m的厚度点。煤厚变异系数为29%,可采性指数为76%,属较稳定煤层。

下峪口井田:3#煤层在下峪口井田发育亦较好,厚度比较稳定,两极厚度为036~1048m,一般厚45m左右,北山向斜两翼厚度均在6m左右,靠近桑树坪井田P20号孔揭露的厚度达909m。煤层结构比较简单,个别钻孔含1~3层夹矸。总的变化规律是北厚南薄,中间呈厚薄相间的条带状,条带方向大致为北西西向。煤厚变异系数为37%,可采性指数为98%,属较稳定煤层。

燎原井田:燎原井田3#煤层厚度相对较小,但比较稳定,除浅部个别钻孔受构造影响厚度较小外,一般均在1m以上。煤层两极厚度061~430m,一般19m左右。煤厚变异系数为24%,可采性指数为84%,属较稳定煤层。

马沟渠井田:煤层两极厚度0~212m,一般12m左右,结构较简单,夹矸0~1层,夹矸厚度015~040m。因受古河流冲刷较严重,故大面积煤层被冲刷殆尽。冲刷边界很不规则,并伴有落差不大的小断层。煤厚变异系数为19%,可采性指数为30%,属极不稳定煤层。

由上可见,3#煤层是韩城矿区各井田均发育的主要可采煤层,全区平均厚达308m。桑树坪井田最厚平均达595m。局部受古河流冲刷影响。各井田煤厚变化规律不明显,但就全区来看,从北向南,煤厚逐渐变小,但煤层稳定性却逐渐变好,特别是象山井田的中部和南部,3#煤层相当稳定(图23~图25)。因此,从煤层厚度及其稳定性来看,3#煤层应是区内煤层气开发的主要对象。

图23 3#煤层厚度变化示意图

图24 北区3#煤层厚度等值线图

单位为m,余为钻孔号

图25 南区3#煤层厚度等值线图

单位为m,余为钻孔号

213 5#煤层

只在南区象山井田南部和中部可采,其他井田或沉积缺失或厚度极小。因此这里仅讨论5#煤层在象山井田的发育规律。

该煤层下距11#煤层35m左右,煤层厚度0~1228m,一般厚3m左右,为较稳定的中厚煤层。煤层结构较简单,一般含夹矸0~1层,个别钻孔2~4层。由于该煤层位于太原组顶部附近,而山西组底部河床相砂岩又特别发育,故煤层受古河流冲刷影响较大。井田中部煤层厚度较大,最大处位于居水河两侧,井田北部为无煤区,向南厚度逐渐变薄。从倾向上看,浅部厚度大,向深部有变薄的趋势。但在井田南部边界附近,则是浅部厚度小,向深部有增大之势,由于深部钻孔很少,煤厚变化控制不严,故此结论尚不能完全肯定(图26)。其煤厚变异系数为38%,属较稳定煤层。

图26 南区5#煤层厚度等值线图

单位为m,余为钻孔号

214 11#煤层

为全区发育的主要可采煤层。各井田煤层发育特征分述于下:

桑树坪井田:11#煤层距下伏奥陶系石灰岩顶面距离一般为25m左右,上距K2灰岩5~10m。其两极厚度024~1080m,一般厚为25~35m。煤层结构较复杂,普遍含0~1层夹矸,部分钻孔见2~3层夹矸,个别钻孔达4层夹矸。据其厚度资料(表21)作出的煤厚点数与各区间煤厚关系分布直方图(图27)可明显看出11#煤厚分布特征。其煤厚变异系数为34%,可采性指数为957%,属较稳定煤层。

图27 桑树坪井田11#煤厚分布直方图

表21 11#煤厚资料一览表

从11#煤层厚度等值线图(图28和图29)可见,从南到北,煤层厚薄带相间出现,方向大致为北西西向。由浅部到深部,煤厚变化表现为浅部露头附近煤层较薄,中深部厚度较大,向深部则又逐渐变薄。

图28 北区11#煤层厚度等值线图

单位为m,余为钻孔号

图29 南区11#煤层厚度等值线图

单位为m,余为钻孔号

下峪口井田:11#煤层距奥陶系石灰岩顶面距离为8~43m。煤层结构简单,含夹矸0~3层,夹矸厚度一般在01~02m之间。煤层两极厚度0~649m,一般250m左右。厚薄条带的分布方向仍为北西西向和北东向。在倾向上,中部煤层厚度较大,向深部有逐渐变薄的趋势,煤厚变异系数为32%,可采性指数为84%,属较稳定煤层。

燎原井田:11#煤层距奥陶系石灰岩顶面距离一般为15m左右。煤层结构较复杂,一般含1~3层夹矸。两极厚度092~1742m,一般厚为40m左右。煤厚变化较大,在极短的距离内可以从1175m变到108m。在走向方向上,煤层变化无明显规律性,但在倾向方向上,由浅而深,煤层厚度逐渐减小,煤厚变异系数为57%,可采性指数为100%,属较稳定煤层。

马沟渠井田:11#煤层距奥陶系石灰岩顶面距离变化较大,从1158~7626m不等。其两极厚度为08~76m,一般厚35~50m。煤层结构复杂,含夹矸1~6层,一般2~4层。通常可分为五个分层,其中以第二分层和第三分层厚度较大,也比较稳定。11#煤层在该井田内总的变化规律是,南厚北薄,北向南,煤层厚度逐渐增加。煤厚变异系数为35%,可采性指数为94%,属较稳定煤层。

象山井田:11#煤层两极厚度038~2045m,一般厚4m左右,为较稳定的中厚—厚煤层。煤层结构复杂,含夹矸0~6层,一般2~3层。其发育规律是:井田中部煤层厚度较大,向两侧逐渐变小。特别在水河两侧,煤层厚度最大。另外,沿北东方向也发育一些煤层薄厚相间分布的条带。煤厚变异系数为40%,可采性指数为92%,属较稳定煤层。

由上可见,11#煤层也是全区发育的主要可采煤层,煤层厚度较大,全区平均厚度为343m,井田平均厚度差别不大,南、北区没有明显差异。与其他各煤层相比其明显特点是煤层结构比较复杂,普遍含有2~3层夹矸,而且从北向南,煤层夹矸数愈来愈多。沿走向方向,仍发育一些厚薄相的条带,条带方向为北西西向和北东向;沿倾斜方向,在矿区中部煤层厚度一般较大,向浅部和深部都有逐渐变薄的趋势。

215 全区煤层发育特征

1)韩城矿区南北区中间的文家岭隆起,对韩城矿区南北区聚煤条件有明显的控制作用。众所周知,韩城矿区是渭北煤田接受含煤沉积和发生聚煤作用较早的一个地区。太原组下部11#煤层全区普遍发育;但5#煤层则主要分布于南区,北区只有零星分布;而北区的3#煤层则远较南区为优,且多数煤层在南区有向北变薄的趋势,在北区有向南变薄的趋势。在南区居水河一带11#煤层的厚度多大于4m,到马沟渠、王家河等地渐变为2m以下;5#煤层则由大于2m变化至1m左右,在王家河等地还出现无煤区。与此同时,11#煤层的顶板也由灰岩渐变为泥灰岩、泥岩和粉砂岩,其上不远的K2灰岩的厚度和整个太原组的厚度也都逐渐变薄。因此,煤层、K2标志层和地层厚度的变化,并非均系冲刷作用所致,很可能和矿区中部文家岭一带的古隆起存在有关。在北区灰岩的层数和厚度,也向着燎原井田的南部减少并变薄;5#煤层在邻近隆起区的边缘零星发育,且厚度较小,向北到下峪口井田和桑树坪井田,则因沉降幅度较大,覆水较深,地层厚度虽然较大,但5#煤层为一套湖泊相沉积所替代,没有5#煤层沉积。

2)沿走向方向,煤层一般呈厚薄相间的条带状分布,其方向主要为北西西向个别煤层也有一些北东方向的条带;沿倾向方向,中部煤层厚度一般较大,向深部和露头方向有逐渐变薄的趋势。

3)通过以上分析可见,2#煤层由于厚度较小,存在大面积的无煤区和不可采区,不能作为煤层气开发的首选煤层。5#煤层只在象山井田的中部和南部发育,分布范围也很有限,也不能作为首选煤层。11#煤层虽然全区发育,厚度较大,但结构复杂,夹矸层数较多,且分层厚度不大,加之煤层距奥陶系石灰岩风化面距离较近,部分煤层气下渗,使得煤层甲烷含量降低,也不宜作为首选煤层。通过综合比较,只有3#煤层厚度大,全区发育,而且煤层结构相对简单,所以是今后煤层气开发的首选煤层,11#煤层可作为备选。

4)根据韩城矿区各煤层发育特征,我们将煤层厚度分为五个等级:

a无煤区:在勘探和生产阶段证实没有煤层存在;

b薄煤区:煤层厚度小于或等于130m的区域;

c中厚煤区:煤层厚度在130~350m区间的区域;

d厚煤区:煤层厚度在350~800m之间的区域;

e特厚煤区:煤层厚度大于800m的区域。

在进行分区时,考虑到实际应用的价值,对个别小而孤立的点,并没有单独划出,而归入周围的区块,其分区结果见图210至图216。

图210 北区2#煤层厚度分区图

1—无煤区;2—薄煤区;3—中厚煤区;4—钻孔编号

图211 南区2#煤层厚度分区图

1—无煤区;2—薄煤区;3—中厚煤区;4—钻孔编号

图212 北区3#煤层厚度分区图

1—薄煤区;2—中厚煤区;3—厚煤区;4—特厚煤区;5—钻孔编号

图213 南区3#煤层厚度分区图

1—无煤区;2—薄煤区;3—中厚煤区;4—厚煤区;5—钻孔编号

图214 南区5#煤层厚度分区图

1—无煤区;2—薄煤区;3—中厚煤区;4—厚煤区;5—钻孔编号

图215 北区11#煤层厚度分区图

1—无煤区;2—薄煤区;3—中厚煤区;4—厚煤区;5—特厚煤区;6—钻孔编号

图216 南区11#煤层厚度分区图

1—薄煤区;2—中厚煤区;3—厚煤区;4—钻孔编号

216 煤层厚度与煤层气富集

从天然气资源形成的生、储、运、保诸条件来看,煤层既是生气岩,又是储气岩。所以煤层本身的生、储能力也就决定煤层气的富集程度,而其中煤层的厚度又起着极其重要的控制作用。

根据前人的研究成果和本次的研究,都充分证明了煤层厚度与煤层气之间有着直接的关系。矿井瓦斯是煤层气的一种重要的气显示,在一定条件下,煤层的相对与绝对瓦斯涌出量,均与煤层厚度有一定的关系。根据下峪口矿的研究成果,证实了煤层厚度大时,瓦斯涌出量高,而煤层厚度小的地段瓦斯涌出量低(图217)。另外通过对韩城矿区各井田3#煤层绝对瓦斯涌出量和煤厚的统计资料也可以证明这一点(表22)。

图217 455m标高3#煤层上分层厚度与相对瓦斯涌出量关系图

表22 韩城矿区煤层与瓦斯涌出量关系表

841 煤层中单层厚度小于005 m的夹矸,可与煤分层合并计算采用厚度,但并入夹矸以后全层的灰分(或发热量)、硫分应符合估算指标的规定。

842 煤层中夹矸厚度等于或大于煤层最低可采厚度时,煤分层应分别视为独立煤层,分别估算(或不估算)资源/储量;夹矸厚度小于煤层的最低可采厚度,且煤分层厚度均等于或大于夹矸厚度时,可将上下煤分层厚度相加,作为采用厚度。

843 结构复杂煤层和无法进行煤分层对比的复煤层,当夹矸的总厚度不大于煤分层总厚度的1/2时,以各煤分层的总厚度作为煤层的采用厚度;当夹矸的总厚度大于煤分层总厚度的1/2时,按841条和842条的规定处理。

地下埋藏的煤有很多层,所谓的几号煤就是它们的煤层编号。大多数情况下,号小的煤层埋藏深度浅。煤炭勘探中,将煤炭储藏区域的煤层分布,以此从上至下进行编号。 4号煤层就是排序处于第四的煤层。一般该煤层的发育较好,煤层的厚度适中,比较容易开采。 煤层顶、底板岩石之间的垂直距离称煤层厚度。按照国家有关技术政策,根据煤种、产状、开采方式和地区煤炭资源供需情况,以及地理条件规定的可采厚度下限,称最低可采厚度。达到可采厚度的煤层称可采煤层。煤层厚度分级一般分为:①薄煤层,小于或等于13米;②中厚煤层,13~35米;③厚煤层,大于35米。厚度超过8米的称为特厚煤层。

煤层

coal seam

由植物遗体转变而成的层状固体可燃矿产。含煤岩系的重要组成部分,位于顶、底板岩石之间。煤层的厚度、层数、煤质和埋藏深度等是确定煤田经济价值及煤矿建设的重要依据。煤层可分为不含夹石层和含夹石层两类。夹石又称夹矸。夹石不仅使煤的灰分含量增高,也给开采带来一定困难。煤层顶、底板岩石之间的垂直距离称煤层厚度。煤层厚度可分为:①煤层总厚度。指包括夹石层在内的煤层全部厚度。②煤层纯厚度。指所有煤分层厚度的总和 。③ 煤层可采厚度。指在当前经济技术条件下适于开采的煤层厚度。煤层沿走向和倾向通常呈层状、似层状展布或分叉、复合、尖灭,有的呈透镜状、豆荚状、鸡窝状和串珠状。

薄煤层的厚度没有一个固定的标准,一般认为薄煤层的厚度在03米以下

拓展:在不同的地区和不同的矿区,对于薄煤层的定义和划分可能存在差异,有些地方将06米以下的都归类为薄煤层。此外,由于薄煤层具有开采难度大、附加工艺复杂等问题,所以通常使用普通的采煤设备难以开采,需要特殊的采煤技术和设备。

在煤炭资源开发中,薄煤层是一种重要的煤炭资源,许多地区都存在着不少的薄煤层资源。由于薄煤层开采难度大,但是其储量却相对较大,因此,对于开发薄煤层资源具有重要的经济意义和社会意义。目前,国内外对于薄煤层的开采技术、设备和方法等方面都进行了深入的研究,取得了很好的效果。

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