黑龍江省東寧煤田煤層、煤質(zhì)及主要開采技術(shù)條件特征

楊賀平

（黑龍江省自然資源調(diào)查院，黑龍江 哈爾濱150036）

1 概述

黑龍江省東寧盆地位于牡丹江市東寧縣境內(nèi)，地理坐標為東經(jīng)131°07′00″-131°16′00″，北緯43°50′00″-44°10′00″，面積300km2，盆地三面為高山環(huán)繞，東部即為中俄邊境。東寧煤田位于東寧盆地的北部，太平嶺山脈南坡，綏芬河與瑚圖河匯合部位形成的沖積高漫灘和河流階地，部分屬于丘陵地貌，最高海拔415.6m，最低海拔125m，最大高差290.6m。70 年代黑龍江省和吉林省區(qū)測隊在本區(qū)開展了1：20 萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，黑龍江省煤田地質(zhì)108 勘探隊和黑龍江省煤田地質(zhì)勘探公司第二勘探隊分別在東寧盆地進行了找煤勘探工作。上述工作為本區(qū)后續(xù)勘查和開發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)。東寧煤田包括的主要煤礦區(qū)有三岔口、東寧、高安、新城子溝、光星、團結(jié)村、東方紅、大肚川、浪東溝、烏蛇溝等，上述煤礦區(qū)大部分進行了煤礦開采工作，本區(qū)煤層、煤質(zhì)及開采技術(shù)條件等地質(zhì)信息豐富[1]。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

東寧煤田所處中國大地構(gòu)造位置屬老爺嶺地塊，張廣才-太平嶺邊緣隆起帶，太平嶺隆起與老黑山-東寧斷坳陷接觸過渡邊沿地帶。周邊出露地質(zhì)體為元古代楊木組和元古代花崗閃長巖（γδ）2。中生代位于濱太平洋大陸邊緣活動帶，印支期三迭紀受擠壓拉張作用形成了中酸性火山巖噴發(fā)建造，早白堊世的拉張作用形成斷坳陷成煤盆地，沉積了類磨拉石含煤建造和新近系河湖相含煤沉積建造。第四紀以來東寧煤田以抬升作用為主、河谷下蝕形成了現(xiàn)代河床低河漫灘堆積階地[1]。

3 地層特征

4 構(gòu)造特征

煤盆地基底起伏較大，向北東東傾伏，局部南東傾，傾角5°左右，煤盆地西南緣基底由上二疊統(tǒng)城山組砂板巖和上三疊統(tǒng)羅圈站組英安巖類及其安山玢巖侵入體構(gòu)成。西北部與印支期二長花崗巖不整合接觸，局部被第三系船底山玄武巖覆蓋。煤盆地西部以大肚川河斷裂為界，北以綏芬河斷裂（F1）正斷層為界，盆地內(nèi)尚有F3、F4、F6、F7、F8等正斷層，對煤層影響較小。

東寧煤田地層產(chǎn)狀平穩(wěn)，傾角近水平，一般5°左右，個別達15°；煤層較穩(wěn)定，厚度變化較大，頂?shù)装寰忻黠@的標志層，煤層對比可靠。

5 煤系地層賦存特征

下白堊統(tǒng)穆棱組是東寧煤田唯一有工業(yè)價值的含煤巖系。

根據(jù)穆棱組（K1m）巖性特征，巖石粒度的橫向變化、含煤特征以及巖相沉積、旋回特征，劃分為三個巖性段：

5.1 上部砂巖段

自下白堊統(tǒng)猴石溝組（K1h）底礫巖至穆棱組（K1m）4號煤層頂部中粗砂巖，該段厚70～140m，主要由灰綠色、灰紫色含中性火山巖巖屑砂巖組成，夾泥巖、粉砂巖薄層。韻律較明顯，碎屑物分選較差，屬于快速沉積，粗碎屑所占比例很大，幾乎達100%，因而極不利于成煤，本段不含煤層。

5.2 中部含煤段

自4 號煤層頂部中粗砂巖至3 號煤層底部粗砂巖層，該段厚80～65m，由三個完整的小旋回組成，形成三層煤，下部3 號煤層旋回由粗砂巖始，經(jīng)中砂巖、細砂巖、粉砂巖、3 號煤層、煤泥巖止。下部粗砂巖較厚，該段含砂率高、沼澤環(huán)境時間較短不利成煤。中部3 上煤層由中細砂巖始（局部相變粗砂巖），經(jīng)細、粉砂巖至3 上煤層，該旋回含砂率70～50%，成煤條件較好。往西、南含砂率>70%，為急流條件不利成煤，往北含砂率<30%煤層較薄。上部4 號煤層沉積旋回由洪積相的厚層狀礫巖或含礫粗砂巖沉積開始，經(jīng)細砂巖、泥巖、煤層至泥巖，含砂率達90%以上，急流河床相發(fā)育，所以對成煤不利，因此4 號煤只零星可采。

5.3 下部砂礫巖段

整個為一中旋回，自下至上，總的趨勢是由粗變細，其中包括3～6 個小旋回，均為不完整旋回，下部2～3 個旋回均由礫巖開始，往上為粗、中砂巖。上部由粗砂巖開始，往上為細、粉砂巖、每個小旋回均缺少沼澤相?？梢姙樗鬏^急的充填式堆積，搬運的物質(zhì)分選差，磨圓度低，迅速堆積，巖石成熟度低，為典型的沖積扇及河床沉積，砂巖所占比例大約占78%，所以該沉積環(huán)境不利成煤。

本區(qū)煤的形成有其沉積規(guī)律，巖相上表現(xiàn)為沉積旋回的規(guī)律性，穆棱組上、下段煤層的形成就是兩個較大的旋回，而其間必然有一套厚的，較明顯的巖性標志，將兩個旋回分開。這樣，容易區(qū)分上、下、兩套煤層，依此邏輯，一個段里也必然有許多小旋回，而一個小的旋回就有一層煤，也有此明顯標志將其區(qū)別開來。這樣，一組煤層一經(jīng)對上，再依據(jù)煤層間距、厚度、結(jié)構(gòu)就很容易確定各煤層。

6 煤層特征

東寧煤田初步查明3 層煤，所見煤層賦存于下白堊統(tǒng)穆棱組（K1m），中部含煤巖段。3、3 上、4 號煤層群中，三層相距40m 范圍內(nèi)。含煤系數(shù)最大為1.67%，最小為20%。三層煤之間的層間距較為固定，4 號與3 上為26～13m，一般為19m；3 上與3 號煤層為17～11m，一般為15m，層間距沿傾向和走向變化不大。

4 號層：純煤厚0～1.10m，一般為0.96m，局部夾1～2層夾矸，頂板中粗砂巖或粉砂巖，只在西北部或北部發(fā)育，為零星可采層，大多為單孔可采，很少連成片。

3 上煤層純煤厚0.25～3.25m，一般為0.80～2.25m，為復結(jié)構(gòu)煤層，夾多層0.07～0.10m 厚的夾石，頂板為含礫粗砂巖，底板為粉砂巖，煤田中部發(fā)育最好，煤層最厚，均在2m以上，向四周變薄，特別是往西部、南部急劇變薄至不可采。中心部位（2m 以上范圍）屬穩(wěn)定煤層，四周為較穩(wěn)定煤層。

3 號煤層：純煤厚0～1.03m，一般為0.9m，為復結(jié)構(gòu)煤層，夾1～2 層0.10 的夾石，為泥巖，老頂為中粗砂巖。為局部可采煤層，只在煤田南部發(fā)育，為較穩(wěn)定煤層。

7 煤的物理性質(zhì)、煤巖及煤質(zhì)特征

東寧煤田煤層物理特征一般為：煤呈黑色，條痕為褐色，具弱玻璃光澤～瀝清光澤，不平坦斷口韌性較大，比重較高較硬，內(nèi)生裂隙不發(fā)育，極弱粘結(jié)到弱粘結(jié)，易燃，燃燒時火焰長。

煤巖學特征以暗煤和亮煤為主，鏡煤較少見。煤巖類型以鏡質(zhì)組為主，其次為礦物質(zhì)，再次為絲質(zhì)組及穩(wěn)定組。顯微煤巖類型以粘土質(zhì)樹脂絲質(zhì)亮暗煤和暗亮煤為主，少量有粘土質(zhì)暗煤。煤的變質(zhì)階段應(yīng)屬于低變質(zhì)氣煤階段，即Ⅱ階段。但很接近于Ⅰ階段。即長焰煤階段。

煤質(zhì)特征煤種單一，屬于長焰煤，具有中灰煤、高灰發(fā)份、特低硫，特低磷煤和中發(fā)熱量的特征。容重1.40～1.53，燃點286℃，發(fā)熱量16.67～22.07MJ/kg，最高達31.48MJ/kg；揮發(fā)份含量比較高，從38.60%～58.30%，平均51%；水份較少，平均7%。煤的灰分較高，平均33%左右；原煤Cr 含量77.04～82.22%，Hr 含量5.55～6.11%，Nr 含量0.52～0.76%；粘結(jié)性在3～4 之間，為弱粘結(jié)到粘結(jié)，結(jié)焦性差；焦油產(chǎn)率高，在11.00-18.40%。煤的主要用途為動力用煤，也可用作氣化用煤，還可用作煉油用煤[3]。

8 東寧煤田地下水類型

區(qū)內(nèi)地下水有下述幾種類型：

8.1 第四系松散巖類孔隙潛水

主要分在山間河谷平原區(qū)，單位涌水量一般小于5L/s·m，水化學類型為HCO3-Ca·Mg 型水。

8.2 基巖風化裂隙潛水

根據(jù)地層巖性及空間分布可進一步劃分為以下幾種類型：

（1）白堊系穆棱組砂巖風化裂隙潛水。穆棱組是一套由砂、泥巖，礫巖夾煤系地層的巖組。共分為三個段，其中上段為淺綠色凝質(zhì)砂巖，膠結(jié)致密堅硬，含薄層狀紫色泥巖，地層厚度在40-80 米之間。風化裂隙水主要分布在該段地層之中。水位埋深5.40-18.00 米，地下水化學類型為HCO3-Ca 型。（2）燕山晚期閃長巖、印支期二長花崗巖風化裂隙潛水分布面積不大，風化裂隙較發(fā)育。

8.3 第三系上新統(tǒng)船底山玄武巖裂隙孔洞水

地下水賦存于氣孔狀橄欖玄武巖及風化裂隙中，尤其是地勢低洼的玄武巖地層儲水條件好，高地形區(qū)儲水條件不好，往往不含水。

8.4 白堊系穆棱組砂巖孔隙裂隙承壓水

穆棱組中段為含煤段，總厚在150-200 米之間。該段地層賦存孔隙、裂隙承壓水，富水性不均，水位埋深一般15 米左右。

8.5 構(gòu)造裂隙承壓水

位于團結(jié)村-浪東溝-李家趟子一帶，地層巖性下部為中粗砂巖、含礫砂巖地層及煤層，由于受大肚川河東西向張性斷裂影響，賦存構(gòu)造裂隙承壓水，水位埋深2-5 米，局部噴出地表形成自流井。

9 煤系地層工程地質(zhì)類型

區(qū)內(nèi)分布于低山丘陵區(qū)的巖石主要有砂巖、泥巖、玄武巖、凝灰?guī)r，上覆粉質(zhì)粘土。溝谷坡地多為沖洪積、坡積粉粘土、砂、砂礫石。根據(jù)巖石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、巖石質(zhì)量、巖石完整程度等，將區(qū)內(nèi)巖石劃分為三個地質(zhì)巖組：

9.1 堅硬半堅硬巖組

主要為煤系地層的粉砂巖、細砂巖、中粗砂巖、含礫砂巖、泥巖、煤，巖石呈層狀，水平層理發(fā)育，局部略有起伏，巖層產(chǎn)狀發(fā)生變化。巖石膠結(jié)程度好，完整性好，堅硬，力學強度較高，R 值36.40-116.73NPa。

9.2 軟弱巖組

主要為煤系地層上部弱風化帶，巖性為黃褐色中粗砂巖，層狀結(jié)構(gòu)，銹蝕嚴重，錘擊巖芯，濁音易碎，力學強度較低。埋藏深度10-40 米，厚度15-30 米。

9.3 松散巖組

主要有第四系粉質(zhì)粘土、砂、砂礫石，煤系地層淺部（5-10 米）強風化帶砂巖，結(jié)構(gòu)松散，力學強度低[4]。

10 瓦斯、煤塵及煤的自燃傾向

由于本區(qū)煤層埋藏淺，一般在100 米左右，變質(zhì)程度低，所以瓦斯含量一般較低。

區(qū)內(nèi)東寧縣宏升煤礦和東寧縣巨源煤礦，開采4 號煤層，在《2007 年度第一批生產(chǎn)礦井瓦斯等級及二氧化碳涌出量核準結(jié)果匯總表》（黑煤管生產(chǎn)發(fā)[2007]97 號）中確定巨源煤礦為低瓦斯等級和低二氧化碳等級，沼氣相對量和絕對量均為零，二氧化碳相對量4.17m3/t，絕對量0.29m3/min，核準為低沼氣和低二氧化碳礦井。在《2005 年底第一批生產(chǎn)礦井瓦斯和二氧化碳涌出量鑒定核準結(jié)果的通知》（黑經(jīng)煤安發(fā)[2005]294 號）中宏升煤礦沼氣相對量和絕對量均為零，二氧化碳相對量為4.54m3/t，絕對量0.36m3/min，核準為低沼氣和低二氧化碳礦井。

本區(qū)開采煤層煤塵均有爆炸性。浪東溝區(qū)采集1 個煤塵爆炸性試驗樣品，試驗結(jié)果為：煤層火焰長度200 毫米，巖粉量45%，有爆炸性。相鄰礦井宏升煤礦于2006 年7月31 日取樣試驗結(jié)果為：煤層火焰長度20 毫米，巖粉量10%，有爆炸性；巨源煤礦取樣試驗結(jié)果為：煤層火焰長度120 毫米，巖粉量45%，有爆炸性。

本區(qū)煤層自然傾向為自燃。浪東溝礦區(qū)采集1 個煤層自燃傾向試驗樣品，試驗結(jié)果為：吸氧量0.69cm3/g 干煤，確定為Ⅱ級，自燃傾向為自燃。宏升煤礦取樣試驗結(jié)果為：吸氧量0.62cm3/g 干煤；巨源煤礦取樣試驗結(jié)果為吸氧量0.57cm3/g 干煤，確定為Ⅱ級，自燃傾向為自燃[4]。

11 結(jié)論

東寧煤田總體煤炭資源量不大，可采煤層不多，但煤質(zhì)較好，且含油率較高，局部夾油頁巖，可綜合開發(fā)利用，是當?shù)氐闹饕a(chǎn)業(yè)。煤層埋藏較淺，開采技術(shù)條件尚可，開采成本不高。