巴彥溫都爾煤田瓦斯地質特征及其它開采技術條件淺析

張朝輝 ，李惠林，田家鵬，其日麥拉圖，陳琳，劉芳

(內蒙古煤炭建設工程(集團)總公司 內蒙古 呼和浩特市 100010)

巴彥溫都爾煤田地處內蒙古高原的中部，大興安嶺西延山脈的北坡[1]。位于內蒙古自治區錫林郭勒盟錫林浩特市西北50km處，區劃隸屬錫林浩特市伊利勒特蘇木。煤田南界有阿巴嘎油田至錫林浩特市公路通過，沿公路可達錫盟盟府錫林浩特市區。市區沿省道S101線西行370km可達賽漢塔拉與集二線鐵路相接，并進而與京包線鐵路相聯，在錫林浩特市區尚有國道G303線，G303國道至克什克騰旗上集通線150km[1]。

1 礦區地質特征

1.1 地層

煤田內出露地層較為簡單，由老到新有侏羅系上統白音高老組(J3b)、白堊系下統大磨拐河組(K1d)、新近系寶格達烏拉組(N2b)及第四系(Qh)。圖1。依據礦區地表出露及鉆孔揭露情況，自下而上分述如下：

圖1 巴彥溫都爾煤田礦區地質簡圖Fig 1. Geological Sketch of Bayan Wendur Coalfield Area

(1)侏羅系上統白音高老組(J3b)：以灰-灰白色凝灰巖為主的火山碎屑巖。鉆孔揭露厚度6.94m～92.19m，平均厚47.51m。

(2)白堊系下統大磨拐河組(K1d)：根據鉆孔揭露巖性特征、沉積旋回特征，可劃分為三個巖段，分別為下部砂泥巖段(K1d1)、含煤段(K1d2)和上部砂泥巖段(K1d3)，自下而上分述如下：①下部砂泥巖段(K1d1)揭露厚度1.60m～240.04m，平均厚41.41m。主要以灰綠色、紅褐色、棕紅色及紫紅色泥巖、砂質泥巖及粉砂巖為主，夾灰綠色粗砂巖、礫巖層，偶見少量植物炭屑，下部粗砂巖和礫巖分選差，顆粒及礫石磨圓度差，與下部地層呈不整合接觸；②含煤段(K1d2)厚度15.70m～185.06m，平均厚65.31m。以灰色、深灰色泥巖、粉砂巖，黑褐色炭質泥巖和煤層組成，間夾少量的中砂巖及細砂巖薄層，含煤0～9層，其中可采煤層A、B、C層。A層為全區可采，B層為大部可采，C層為局部可采，其它煤層為不可采；③上部砂泥巖段(K1d3)厚度8.95m～212.20m，平均厚97.68m。由灰綠色、灰色、淺黃色為主夾紅褐色及紫紅色泥巖、粉砂巖和灰綠色-灰色砂巖、含礫砂巖及礫巖組成。砂巖成份以長石、石英為主，礫石成份為變質巖及凝灰質碎屑組成，分選差，磨圓度為次棱角狀。巖層中偶見炭化植物碎片化石。

(3)大磨拐河組(K1d)：鉆孔揭露厚度22.40m～537.10m，平均厚204.10m。下部由灰色礫巖、砂礫巖夾粉砂巖、凝灰質粗砂巖組成，含植物化石；上部以深灰色泥巖、粉砂巖、砂巖為主夾礫巖及煤層或煤線。

(4)新近系寶格達烏拉組(N2b)：鉆孔揭露厚度13.20m～131.33m，平均厚76.34m。以土黃色、棕紅色砂質粘土及磚紅色粘土和灰-深灰色玄武巖組成。玄武巖層數0～8層，最小厚度0.20m，最大厚度128.20m。沉積巖和玄武巖多呈互層出現，與下伏地層不整合接觸。

(5)第四系全新統(Qh)：地表及鉆孔揭露厚度0m～28.62m，平均厚度1.67m。由黃色、土黃色風積、坡積物的亞砂土及粉細砂、砂、礫石組成，與下伏地層不整合接觸。

1.2 構 造

巴彥溫都爾煤田總的構造形態為寬緩向斜構造，向斜軸部在中部，軸向為北北東至南西，兩翼傾角為1°～8°，在傾向及走向上變化不大。煤田內發育有一條正斷層，其位置在向斜軸的西北側，展布方向為北北東至北東(圖1)，與向斜軸平行出現。煤田構造屬于簡單類型[2]。

(1)向斜構造：煤田內基本構造形態為寬緩的不對稱向斜構造。該向斜南北兩端均封閉，軸長13km，展布方向呈S型，總體呈北北東-北西-北北東向。

(2)斷裂構造：F1號斷層走向長8km，位于向斜軸部偏西北處。走向為北北東向，傾向南東，傾角50°～73°，垂直斷距0m～112m。

1.3 巖漿巖

煤田廣泛分布喜山期基性玄武巖，噴出地表呈巖被狀產出。玄武巖對新近系寶格達烏拉組地層(N2b)破壞程度嚴重(圖1)，但對煤系地層及煤層、煤質無影響。

1.4 礦區可采煤層及其特征

巴彥溫都爾煤田含煤地層為白堊系下統大磨拐河組(K1d)，含煤9層，鉆孔揭露厚度為22.40m～537.10m，平均厚204.10m。全區可采煤層為3層(編號A、B、C)。煤層總厚度0.80m～2.49m，平均厚14.01m，含煤系數6.86%；可采煤層厚度4.24m～26.05m，平均15.33m，可采含煤系數7.51%。圖2。

圖2 巴彥溫都爾煤田19勘探線可采煤層剖面分布圖Fig 2. Profile Distribution Map of Minable Coal Seams on Exploration Line 19 in Bayan Wendur Coalfield

2 煤田瓦斯地質特征

煤礦瓦斯事故嚴重威脅煤礦安全生產。通過對瓦斯的安全治理和應用作業，可有效避免瓦斯事故的發生。本次巴彥溫都爾煤田在11個鉆孔中共采集瓦斯樣12個，對12個瓦斯樣進行脫氣和氣體分析，瓦斯樣測定結果見表1。

表1 瓦斯含量及成分測試成果表Tab 1. Gas Content and Composition Test Results

測試結果表明巴彥溫都爾煤礦煤層中瓦斯含量較低，每克可燃質CH4含量甚微，CO2含量0.01ml/g～0.28ml/g?？扇假|，重烴為零。瓦斯成分中以氮氣(N2)為主，占60.90%～99.40%，二氧化碳(CO2)0.06%～39.06%，甲烷(CH4)0%～0.87%。綜合以上數據，巴彥溫都爾煤田屬二氧化碳-氮氣帶[3]。

3 其它開采技術條件

(1)煤塵爆炸性：通過巴彥溫都爾煤田14個鉆孔24件煤芯煤樣測定成果整理(表2)，煤層火焰長度70mm～>400mm，巖粉填加量45%～75%。該區煤具有煤塵爆炸的危險性[4-5]。

表2 煤塵爆炸性試驗成果表Tab 2. Results of Coal Dust Explosion Test

(2)煤層自燃傾向性：巴彥溫都爾煤礦各可采煤層變質程度低，揮發分高，為煤層自燃提供了有利條件。采樣測定結果(表3)分析，煤吸氧量0.47cm3/g～1.02cm3/g，自燃等級Ⅰ-Ⅱ級(容易自燃)[2]。

表3 煤的自燃傾向試驗成果表Tab 3.Test Results of Spontaneous Combustion Tendency of Coal

(3)地溫：在巴彥溫都爾煤田15-11、19-13、22-4三個鉆孔進行了簡易地溫測量，通過分析測試，其井溫變化規律：0m～80.00m其溫度值10.4℃；地溫梯度最小0.8℃/100m，最大2.20℃/100m，平均地溫梯度1.55℃/100m，屬地溫正常區，將來礦井開采無地熱危險。

(4)沖擊地壓：巴彥溫都爾煤礦主要可采煤層的埋藏深度小于400m，區內井工開采煤礦的工程巖樣孔僅對最上一層煤層頂板30m至最下一層煤層底板20m范圍采集了巖石物理力學樣[6]，煤層上方30m范圍內不存在厚度超過10m的堅硬巖層。

4 結 論

通過對巴彥溫都爾煤礦瓦斯含量及成分淺析，瓦斯屬二氧化碳-氮氣帶，煤礦在開采過程中需注意瓦斯監測，防止瓦斯聚集釀成事故。對其煤塵爆炸性、煤層自燃傾向性、地溫、沖擊地壓試驗分析，煤具有煤塵爆炸的危險性。煤層自燃傾向性自燃等級Ⅰ-Ⅱ級(容易自燃)。地溫屬地溫正常區，將來礦井開采無地熱危險。沖擊地壓在煤層上方30m范圍內不存在厚度超過10m的堅硬巖層。