冯 斌,李文前,郭新体,杨战士,颜少权

(河南省地质矿产勘查开发局第四地质矿产调查院，河南 商丘 476000)

河南顺和西矿区Ⅱ2煤层煤岩煤质特征及瓦斯含量分带性

冯 斌,李文前,郭新体,杨战士,颜少权

(河南省地质矿产勘查开发局第四地质矿产调查院，河南 商丘476000)

豫东地区晚古生代具有丰富的煤炭资源。顺和西煤矿区主要发育下二叠统山西组Ⅱ2可采煤层和Ⅲ2局部可采煤层。Ⅱ2可采煤层埋深585～1985m，区域厚度分布稳定，平均厚度2.33m,为低灰、特低硫、特低磷、特高热值无烟煤和贫煤。煤层中瓦斯含量随煤层埋深加大而增高，埋深1300m以上为氮气-甲烷带，1300m以下为甲烷带。受构造-岩浆活动-煤层埋深的影响，中北部煤焦混合区，岩浆活动频繁，瓦斯易于逸散，瓦斯含量普遍较低；而东南部岩浆活动相对较弱，受构造或多条正断层的控制，煤层埋藏深，瓦斯含量普遍较高。

煤岩和煤质；瓦斯；河南顺和西煤矿区

1 区域地质背景

豫东地区是华北晚古生代聚煤盆地的一部分，含煤地层为石炭系和二叠系[1]。在区域大地构造位置上，位于中朝淮地台鲁西台隆西缘的次级构造单元永城断陷褶皱带内，其西部与华北坳陷之次级构造单元通许凸起毗邻。区域上以八里庄断层(又称太平集断层为焦作-商丘深大断裂的东延部分)为界，划分为南北两个构造单元。八里庄断层以南,以永城复式背斜为主体，并发育了一系列北北东向的正断层，构成了本区构造格架的主体部分，控制了各个矿区煤层的赋存及展布情况。八里庄断层以北，以近东西向的芒山背斜为主体，南翼被八里庄断层所切割，背斜轴北西西向延伸，向东延入安徽省境内，向西倾伏于济阳断层，仅于倾伏端保留了一定范围的煤系地层(图1)。

豫东地区沉积了近2000m的上古生界石炭-二叠系煤系地层。除永城市北部的芒山镇及东南部侯岭镇境内局部出露寒武-奥陶系灰岩及燕山期花岗岩、花岗闪长岩、花岗斑岩外，其余均为新生界覆盖，厚度大于710m，整体呈向西增厚趋势。受构造和岩浆岩侵入影响，基底起伏形态有一定变化，上覆地层在部分地段呈现背斜形态。

图1 矿区位置图

构造-岩浆活动对煤层有重要控制作用[2]。矿区构造上,主要为一系列NNE向隔档式褶皱组成，向西逐渐变成宽缓短轴背斜和向斜，叠加发育了一系列近NNE和NE向高角度正断层及后期的NW向断层，形成多个断块相间排列，原始褶皱形态遭受破坏而不完整。主要断裂有焦作-商丘(东延为太平集)深大断裂和永城-阜阳-固始断裂。

区域中生代燕山期中基性和中酸性岩浆活动频繁，主要分布于永城、芒山-孔庄背斜轴部、胡桥至会亭一带，呈岩脉和岩席顺层侵入多个矿区和井田的煤系地层中，对煤层形态产生破坏，且影响煤变质作用，常使煤层变薄、分叉或吞蚀、变质为天然焦。沿断裂侵入的岩浆岩则呈岩脉、岩枝和岩墙状，多发育在永城隐伏背斜轴部和两翼的煤系地层中。

2 矿区基本特征

顺和西矿区位于永夏煤田西北部，永城隐伏背斜西翼的西延地带(图1)，构造形态总体为一走向北西的背斜构造，背斜轴在东部丁大楼-孙关庄一线南侧，即以孙关庄背斜为中心，地层向两翼扩展，受后期构造及断层的改造，两翼分布有多个走向基本与主构造线一致的短轴背向斜相间排列，仅矿区东南部的背向斜轴向呈北北东向，DF15断层东侧为一北北东走向的向斜。地层走向总体为NW-SE向，局部呈NE向，地层较平缓，倾角在3°～14°之间。矿区发育16条正断层，落差大于200m的断层4条，小于200m的断层3条，0～100m的断层9条，其中落差小于或等于50m的断层3条。构造对煤系地层的走向及展布形态有一定影响，煤系地层整体为宽缓的背斜形态，两翼倾角较缓，且变化不大，仅局部有起伏；断层较稀疏，对煤层破坏不大；部分地段的煤层受岩浆岩侵入影响而焦化使煤层厚度及结构有一定的变化。

岩浆岩主要侵入于二叠系山西组及下石盒子组两个主要煤组中，多沿煤层或煤层顶底板，以及近煤层上下软弱层位顺层侵入。受断层影响，侵入于各个层位的岩浆岩连续性差，侵入于Ⅱ2煤层的岩浆岩主要分布在DF7断层以北的区域且连续分布。岩浆岩主要为辉绿岩和闪长岩类，呈岩席状或似层状，厚度较稳定，有时在一个层位分叉为多层与煤层相间分布。

矿区内地层为奥陶系、石炭系、二叠系及新生界，奥陶系揭露最大厚度57.95m，石炭系及二叠系地层揭露厚度1303.87～1946.54m，平均厚度为1729.21m，上覆新生界地层厚度382.41～524.90m，平均厚度438.14m(表1)。

表1 顺和西煤田地层发育简表

3 Ⅱ2煤层煤岩煤质特征

3.1 煤层特征

Ⅱ煤组位于山西组中部，煤层埋深585～1985m，厚度83.02～125.94m，平均厚度106.58m，岩性以灰-灰黑色泥岩、砂质泥岩、细砂岩及煤层为主。含煤3～6层，其中，Ⅱ2煤层普遍发育，层位稳定，全区大部可采，为本区主要可采煤层，厚度0.30～6.76m，平均厚度2.33m，平均可采厚度2.75m，煤层可采性指数(K)为0.81，厚度变异系数(γ)为55.4%，显示为不稳定～较稳定煤层。Ⅱ煤组各煤层累计总厚度4.50m，含煤系数4.22%，可采含煤系数2.58%。煤层直接底板岩性多为稳定的厚层条带状细砂岩，部分地段相变为薄层泥岩或砂质泥岩，个别地段被侵入于煤层底板的闪长玢岩代替。直接顶板多为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，部分地段为侵入于煤层顶板的岩浆岩。

3.2 煤岩特征

Ⅱ2煤主要为贫煤和无烟煤，局部地段受岩浆岩烘烤变质为天然焦。煤层呈灰黑色-黑色，块状为主，下部多呈粒状及粉状夹叶片状，金刚光泽，煤岩组分以亮煤为主，暗煤和镜煤次之，属半亮型煤。常具棱角状或参差状断口，裂隙不太发育，充填有黄铁矿薄膜。平均视密度为1.48～1.83t/m3。

Ⅱ2煤有机组分以基质镜质组为主，碎屑惰质组次之，半镜质组和壳质组最少。无机组分以黏土矿物为主，其次为少量硫化物类、氧化物类和碳酸盐类。最大镜煤反射率为1.77%～2.78%，平均2.32%，变质阶段为Ⅷ、Ⅸ(表2)。天然焦呈钢灰色，块状构造，致密坚硬，暗淡无光泽，镜质组最大反射率为1.85%～4.82%，平均3.78%。

3.3 煤质特征

Ⅱ2煤层分析测试结果表明(表3)，煤层以低灰煤为主，挥发分产率随变质程度的增高而降低，受岩浆岩接触变质作用使煤中挥发分逸出的影响。天然焦以中灰为主，挥发分产率均低于同煤层无烟煤与贫煤。无烟煤为高固定碳煤，贫煤、天然焦均属中高固定碳。

综合评价认为，Ⅱ2煤层无烟煤和贫煤为低灰、特低硫、特低磷、特高热值煤；贫煤和无烟煤是动力用煤、发电和民用的优质燃料；抗碎强度较高、热稳定性较好、CO2反应性较好的无烟煤,还可用于气化用煤和合成氨用煤；贫煤亦可用于沸腾床气化炉用煤。Ⅱ2煤层天然焦为中灰、特低硫、特低磷、中热；较同煤层煤样灰分高，发热量低于同煤层，但热稳定性高，可用于烧石灰、建材、民用。部分天然焦还可用于气化原料。

表2 Ⅱ2煤层显微煤岩组分特征

表3 Ⅱ2煤分析测试结果统计表

4Ⅱ2煤层瓦斯含量分带性

瓦斯是极好的洁净能源，研究瓦斯含量分带,对于预测煤层气含量和分布，预防煤矿开采过程中发生爆炸事故均具有重要意义。在瓦斯含量与煤层厚度、瓦斯突出机理与控制因素等方面,已有许多研究成果[3-7]。

本次Ⅱ2煤层瓦斯样品采集,按照MT/T77-94“煤层气测定方法(解吸法)”进行，在本区共采取合格瓦斯样品19个，分别进行了室内测试分析(表4)。

表4 Ⅱ2煤层瓦斯成分与含量测试结果表

统计结果表明，本区Ⅱ2煤层瓦斯成分主要由CH4和N2组成，少量的CO2和C2H6，C3H8含量极少(图2)。

图2 矿区瓦斯成分与百分含量图

从深度上看，主可采煤层Ⅱ2煤埋深在585～1985m。埋深1300m以上的煤层主要为氮气-甲烷带，1300m以下煤层瓦斯含量较高，属甲烷带。1070m以上氮气含量从高-低-高的变化，甲烷含量逐渐降低。1070～1300m之间，氮气和甲烷含量均较高;1300m以下氮气含量明显降低，以甲烷为主;1070m以下，瓦斯含量具有随煤层埋深加大而增高的趋势。其它气体含量较小，随深度变化不大(图3)。1300m以上的氮气-甲烷带，煤的水分变化相对稳定，灰分、挥发分和发热量指标呈锯齿状变化，在1300m以下的甲烷带，除灰分变化较大外，水分、挥发分和发热量指标均趋于稳定(图4)。

图3 矿区瓦斯含量与深度关系图

图4 矿区煤质特征与深度关系图

这可能与深部构造和岩浆活动有关，侵入于Ⅱ2煤层的岩浆岩主要分布在DF7断层以北的区域且连续分布，与氮气-甲烷带和甲烷带的平面分布基本一致(图5)。平面上，煤层瓦斯主要分布在东部D07线以东， 以D40线为界,D40线以北煤层瓦斯

图5 矿区瓦斯含量平面分布图

含量较低，D40线以南煤层瓦斯含量较高(图5)。瓦斯分布受构造和岩浆活动影响较大。研究区东部和东南部，受DF7、DF15高角度断层的影响。北中部(D40线以北)煤焦混合区，岩浆活动频繁，瓦斯均易于逸散，瓦斯含量普遍较低；而东南部(D40线以南)地区受构造或多条正断层的控制，煤层埋藏深，瓦斯赋存条件较好，瓦斯含量较高。

5 结论

河南顺和西煤矿区主要发育下二叠统山西组Ⅱ2可采煤层和Ⅲ2局部可采煤层。Ⅱ2可采煤层具有煤层分布广泛，厚度稳定的特点。煤岩类型主要为贫煤和无烟煤，局部地段受岩浆岩烘烤变质为天然焦。无烟煤和贫煤为低灰、特低硫、特低磷、特高热值煤。煤层瓦斯含量及分布受构造-岩浆活动-煤层埋深的控制。以1300m深度为界，上部为氮气-甲烷带，下部为甲烷带;以DF7地层为界，断层以北主要为氮气-甲烷分布区，以南主要为甲烷分布区。

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ThecharacteroflithotypeandcoalpropertyandthezonationofgascontentinⅡ2coalbed,ShunhexicoalmineinHenan

FENG Bin,LI Wen-qian,GUO Xin-ti,YANG Zhan-shi,YAN Shao-quan

(No.4Institute of Geological And Minerral Resources Syrvey of Henan，Shangqiu476000，China)

There are the rich coal resources in late Paleozoic in eastern Henan region.It mainly developed Ⅱ2minable seam and Ⅲ2local minable seam in the lower Permian Shanxi formation.The Ⅱ2minable seam of anthracite and lean coal,buried in585～1985m and2.33m in average thickness,it has the features of regional stability thickness distribution,lower grey,lowest sulfur,phosphorus,and highest calorific value.Gas content in coal seam increased with the more seam buried depth,the nitrogen-methane belt located above1300m,methane under1300m.By the influence of tectono-magmatic activities-coal buried depth,gas content is generally lower due to magmatic activity frequently and the escape of gas in the central northern coking coal mixed zone,but gas content is higher due to magmatic activity relatively weak,control by normal faults and buried deeply coal seam in southeast area.

lithotype and coal property;gas;Shunhexi coal mine in Henan

P618.11

A

1004-4051(2013)04-0118-05

2012-10-20

冯斌(1975-)，男，硕士，高级工程师，长期此事煤田地质与勘探研究工作。