劉大偉

（中煤地質(zhì)工程總公司 北京大地高科煤層氣工程技術(shù)研究院，中國(guó) 北京100000）

0 前言

2012 年3 月至12 月，中煤大地技術(shù)開發(fā)公司在本區(qū)開展了煤炭詳查工作，探獲煤炭資源儲(chǔ)量（332+333）42028 萬(wàn)噸，均為焦煤。 國(guó)土資部?jī)?chǔ)量司以國(guó)土資儲(chǔ)備字[2013]176 號(hào)同意予以備案。 目前勘探工作正在實(shí)施。 與本區(qū)相鄰的赤峪井田已經(jīng)建成240 萬(wàn)噸/a 的大型礦井，下一步擬擴(kuò)建為300 萬(wàn)噸/a。

本文依據(jù)詳查報(bào)告，擬對(duì)影響煤礦建設(shè)、生產(chǎn)與安全的主要開采技術(shù)條件加以評(píng)價(jià)，包括地層、構(gòu)造、煤層的厚度、結(jié)構(gòu)、煤層的產(chǎn)狀及其變化;煤層頂?shù)装寮肮こ痰刭|(zhì)條件;瓦斯、煤塵、煤的自燃性等。 隨著煤礦機(jī)械化程度的不斷提高,對(duì)煤礦開采技術(shù)條件及其研究程度的要求也越來(lái)越高,因此,加強(qiáng)開采技術(shù)條件的綜合研究，非常必要。

1 地層及構(gòu)造

1.1 地層

本區(qū)屬半祼露區(qū)，出露地層有奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系，新近系及第四系，第四系覆蓋在不同時(shí)代地層之上。地層總體由西向東，由老到新依次出露。 其中含煤地層為太原組和山西組，其上覆地層厚度較大，有利于含煤地層固結(jié)成巖，巖石力學(xué)強(qiáng)度應(yīng)該較好，有利于井工開采。

1.2 構(gòu)造

本區(qū)為一走向近NNE 的不對(duì)稱向斜（東社向斜），主體位于該向斜的西翼。地層傾角變化較大，F(xiàn)2斷層以西的淺部地層傾角30～40°，F(xiàn)2斷層以東地層傾角一般為10～15°，向斜核部?jī)A角5～10°，沿走向發(fā)育次級(jí)褶皺和走向正斷層。 未發(fā)現(xiàn)巖漿巖和陷落柱，屬中等構(gòu)造（如圖1）。由此可以看出，地層傾角小于25 度，斷層走向單一，有利于采區(qū)劃分和布置。

圖1 勘查區(qū)構(gòu)造圖

2 煤層厚度

含煤地層為山西組和太原組，含可采煤層共4 層，山西組2 號(hào)和3 號(hào)、4 號(hào)煤層為較穩(wěn)定的大部可采的中厚-厚煤層， 太原組8+9 號(hào)為穩(wěn)定的全區(qū)可采的厚煤層， 主要參數(shù)如表1。 2、3、4 號(hào)煤層間距小于20m, 可以劃分為一個(gè)水平進(jìn)行聯(lián)合開采，4 號(hào)煤層距離8+9 號(hào)煤層48.12-59.03m，平均55.38m，可單獨(dú)作為一個(gè)水平開采。

由此，從煤層賦存狀況看來(lái)有利于礦井開拓布置，有利于大型機(jī)械化開采。

表1 可采煤層情況

3 工程地質(zhì)條件

3.1 本區(qū)為半掩蓋區(qū)， 出露地層為石炭系上統(tǒng)太原組及二疊系下統(tǒng)山西組含煤巖系及其上覆的二疊系上統(tǒng)及三疊系下統(tǒng)多種巖性的沉積巖組合體。 一般砂巖、石灰?guī)r力學(xué)強(qiáng)度較高，穩(wěn)定性較好，泥巖力學(xué)強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性較差。

3.2 區(qū)內(nèi)總體為一不對(duì)稱的向斜，斷層較發(fā)育，構(gòu)造方向單一。 在斷層附近巖體的穩(wěn)定性明顯降低。

3.3 主要可采煤層2 號(hào)煤層老頂以中、粗粒砂巖為主，強(qiáng)度高，硬度大，穩(wěn)定性較好；3、4 號(hào)煤層老頂以中、細(xì)粒砂巖為主，厚度較薄，橫向變化大，強(qiáng)度較高，硬度中等，穩(wěn)定性較好，局部較差；8+9 號(hào)煤層頂板為炭質(zhì)泥巖夾薄煤（8上），局部為泥巖、砂質(zhì)泥巖，穩(wěn)定性差，老頂為薄～中厚層狀中細(xì)粒砂巖，穩(wěn)定性較好；8+9 號(hào)煤層底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖，局部為細(xì)粒砂巖，其中泥巖、炭質(zhì)泥巖遇水易軟化，局部有底鼓的可能。

3.4 本區(qū)奧陶系石灰?guī)r巖溶發(fā)育不均一， 各可采煤層大多在奧灰水位以下，處于帶壓狀態(tài)，上組煤（2、3、4 號(hào)煤層）距奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r頂界面間距大于100m，且以細(xì)碎屑巖為主，正常情況下底板突水的可能性較??；下組煤（8+9 號(hào)煤層）距奧灰頂界面為50m±，雖然巖性以泥質(zhì)巖為主，但由于奧灰?guī)r溶發(fā)育的不均一，當(dāng)條件具備時(shí)，突水系數(shù)多大于0.10MPa/m，存在底板突水的可能。

綜上所述，本區(qū)礦體圍巖主要為層狀巖類的碎屑巖，工程地質(zhì)條件中等，工程地質(zhì)勘探類型為三類中等。

由此看來(lái)，開采2、3、4 號(hào)煤層時(shí)主要大巷宜布置在煤層底板圍巖中（同時(shí)考慮煤層有瓦斯突出危險(xiǎn)）。

4 水文地質(zhì)條件

4.1 上部含煤組

上組2、3、4 號(hào)煤層，主要充水含水層為2 號(hào)煤層頂板砂巖裂隙含水層，富水性弱；另外該含煤組2、3、4 號(hào)煤層底板標(biāo)高均低于中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r巖溶水靜止水位標(biāo)高，煤層處于帶壓狀態(tài)。 4 號(hào)煤層距中奧陶統(tǒng)峰峰組巖溶含水層頂界一般為100m±，巖性以細(xì)碎屑巖及泥質(zhì)巖為主，隔水性能較好；本區(qū)多為走向正斷層，施工鉆孔揭露的斷層未發(fā)現(xiàn)涌漏水現(xiàn)象，因此，未受構(gòu)造破壞地段一般不會(huì)造成奧灰?guī)r溶水進(jìn)入礦井。因此，上部含煤組水文地質(zhì)勘查類型為二類一型，即水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的裂隙充水礦床。

4.2 下部含煤組

下組煤為8+9 號(hào)煤，直接充水含水層煤層頂板K2石灰?guī)r，富水性弱。間接充水含水層為下伏中奧陶統(tǒng)峰峰組及上馬家溝組巖溶裂隙含水層。 區(qū)內(nèi)及鄰區(qū)勘探資料表明，該區(qū)中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙欠發(fā)育，富水性較差，但水位較高，8+9 號(hào)煤層多處于奧灰水位以下，下部含煤組9 號(hào)煤層底板距峰峰組巖溶裂隙含水層為32.63～64.91m，巖性以泥質(zhì)巖及含鋁質(zhì)巖為主，隔水性能較好，峰峰組一段可視為相對(duì)隔水層，因此8+9 號(hào)煤層勘探類型為三類一型，即水文地質(zhì)條件中等的以頂板進(jìn)水為主的巖溶裂隙充水礦床。 由于區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，隔水層厚度小，部分地段水文地質(zhì)條件復(fù)雜，存在底板突水的危險(xiǎn)。

4.3 奧灰水對(duì)礦井開采的影響

根據(jù)區(qū)內(nèi)抽水試驗(yàn)資料， 本區(qū)奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r水位標(biāo)高在+792.57m，區(qū)內(nèi)可采煤層多位于奧陶系石灰?guī)r巖溶水位標(biāo)高以下，處于帶壓狀態(tài)。 根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》（底板受構(gòu)造破壞的塊段突水系數(shù)一般不大于0.06MPa/m， 正常塊段突水系數(shù)一般不大于0.10MPa/m，）計(jì)算4 號(hào)和8+9 號(hào)煤層的突水系數(shù)，結(jié)果顯示，勘查區(qū)內(nèi)F5、F18斷層以西，4 號(hào)煤層底板突水系數(shù)小于0.06MPa/m，為相對(duì)安全區(qū)，F(xiàn)5、F18斷層以東4 號(hào)煤層底板突水系數(shù)間于0.06～0.10MPa/m， 處于突水臨界區(qū)；8+9 西部煤層底板突水系數(shù)在0.06～0.10MPa/m 之間， 為突水臨界區(qū)，東部煤層底板層突水系數(shù)大于0.10MPa/m，存在突水的危險(xiǎn)。

由此看來(lái)上組煤受奧灰水影響較小，在可控范圍，下組沒受奧灰水影響較大，突水危險(xiǎn)性較大，若要開采需要做大量防治水工作。

5 瓦斯、煤塵、煤層自燃傾向性、地溫

5.1 在普查和詳查階段在鉆孔中分別采取2、3、4、8+9 號(hào)煤層煤芯樣，由山西省煤炭煤炭地質(zhì)研究所測(cè)定了堅(jiān)固性系數(shù)、瓦斯放散初速度及突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)，結(jié)果顯示各煤層均有瓦斯突出危險(xiǎn)。

5.2 本區(qū)各煤層均有煤塵爆炸危險(xiǎn)， 最大火焰長(zhǎng)度為10～160mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量為40%～85%，測(cè)試結(jié)果表明，各煤層均有煤塵爆炸危險(xiǎn)。

5.3 根據(jù)本區(qū)西側(cè)煤礦調(diào)查資料，煤自燃傾向性為Ⅱ類，自然發(fā)火期4～6 個(gè)月，對(duì)鉆孔中2、3、4、6、8+9 號(hào)煤層煤的自燃傾向性測(cè)試結(jié)果表明，各煤層吸氧量0.57～0.78cm3/g，自然傾向性判定等級(jí)為Ⅰ類、Ⅱ類屬自燃～容易自燃煤層。

5.4 本區(qū)在11 個(gè)鉆孔中進(jìn)行了簡(jiǎn)易測(cè)溫，引用鄰區(qū)赤峪礦井恒溫帶深度為30m，恒溫帶溫度為14℃±，計(jì)算本區(qū)地溫梯度為1.14～2.45℃/100m，屬地溫梯度正常區(qū)，從地溫梯度的平面分布情況分析，以北部較高，南部較低。 當(dāng)煤層埋藏深度超過(guò)895m 時(shí)出現(xiàn)以地溫梯度為正常背景的一級(jí)熱害， 當(dāng)煤層埋藏深度超過(guò)1100m 時(shí)出現(xiàn)以地溫梯度為正常背景的二級(jí)熱害。本區(qū)擬建主井最大深度767m，上組煤大部分處于26 度以下，處于相對(duì)安全區(qū)，受地溫影響較小。 下組煤開采深度大部分也未超過(guò)895m，地溫影響也不大。

6 涌水量

本區(qū)主要含水層涌水量：

（1）奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組

本區(qū)鉆孔施工過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)涌（漏）水現(xiàn)象。峰峰組與上馬家溝組混合抽水試驗(yàn)，單位涌水量為0.236×10-3L/s·m，水位標(biāo)高+792.57m。富水性差。

（2）太原組（C3t）石灰?guī)r夾砂巖巖溶裂隙含水巖組

區(qū)內(nèi)DT901 孔太原組石灰?guī)r抽水試驗(yàn)，單位涌水量為0.73×10-2L/s·m，水位標(biāo)高+923.12m，富水性差。 據(jù)赤峪勘查區(qū)704 等3 個(gè)鉆孔的抽水資料，單位涌水量為7.06×10-5～6.77×10-3L/s·m，水位標(biāo)高+766.16～789.98m，富水性差。本組在西部裸露地表，巖溶裂隙欠發(fā)育，鉆孔簡(jiǎn)易水文觀測(cè)未見涌、漏水現(xiàn)象。

（3）山西組（P1s）砂巖裂隙含水巖組

巖性以粉砂巖砂質(zhì)泥巖為主，僅含少量中、細(xì)粒砂巖，含水層厚7.10～26.66m 中厚層狀，均勻?qū)永?，少見裂隙，鉆孔簡(jiǎn)易水文觀測(cè)無(wú)異常。 區(qū)內(nèi)DT901 孔抽水試驗(yàn)，單位涌水量為0.22×10-2l/s·m，水位標(biāo)高+959.58m,赤峪勘查區(qū)3-103 孔等三個(gè)鉆孔的抽水資料，單位涌水量為1.34×10-4～4.3×10-3L/s·m，水位標(biāo)高+767.12～847.82m，富水性差。

由此看來(lái)本區(qū)各含水層，涌水量不大，對(duì)礦井開采影響較小。

7 結(jié)論及建議

結(jié)論：本區(qū)煤炭資源優(yōu)良，但開采技術(shù)條件一般，總綜合評(píng)價(jià)本區(qū)煤炭資源條件屬于中等。 參照鄰區(qū)，可以建設(shè)大型機(jī)械化礦井。

（1）本區(qū)可采煤層為中厚-厚煤煤層，2、3 號(hào)為大部可采，4、8+9 號(hào)為全區(qū)可采，煤質(zhì)屬低～中灰、低～中高硫、低磷、具較高熱值和強(qiáng)～特強(qiáng)粘結(jié)性的焦煤，煤質(zhì)較好，是良好的煉焦用煤，備案儲(chǔ)量4.2 億噸。 所以，本區(qū)煤炭資源賦存較好，適合建設(shè)大型礦井；

（2）本區(qū)為一走向NNE 的向斜，主體位于向斜西冀，沿走向發(fā)育正斷層和次級(jí)背向斜，F(xiàn)2斷層以東地層傾角一般為10～15°，向斜核部?jī)A角5～10°，未發(fā)現(xiàn)巖漿巖和陷落柱，屬中等構(gòu)造。 由此可以看出，地層傾角小于25 度，斷層走向單一，有利于采區(qū)劃分和布置，有利于綜合機(jī)械化采煤；

（3）本區(qū)礦體圍巖主要為層狀巖類的碎屑巖，工程地質(zhì)條件中等，工程地質(zhì)勘探類型為三類中等，應(yīng)該做好頂?shù)装寰S護(hù)管理工作；

（4）各煤層均具瓦斯突出危險(xiǎn)性，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，各煤層具自燃傾向性，對(duì)礦井開采有一定的影響，應(yīng)該嚴(yán)格按照煤礦安全規(guī)程要求進(jìn)行瓦斯抽排放、防塵、防自燃工作；

（5） 區(qū)內(nèi)各可采煤層多位于奧陶系石灰?guī)r巖溶水位標(biāo)高以下，處于帶壓狀態(tài)。 所以應(yīng)按照《煤礦防治水規(guī)定》要求，勘探階段和建井階段需進(jìn)一步做好礦區(qū)水文地質(zhì)工作，詳細(xì)查明和評(píng)價(jià)奧灰水對(duì)礦井開采的影響；

（6）詳查資料顯示各主要含水層涌水量不大，但不排除局部因構(gòu)造導(dǎo)水而發(fā)生突水事件，所以后期還應(yīng)該做好水文地質(zhì)補(bǔ)勘工作。

（7）建議在首采區(qū)做三維地震工作。

［1］ 北京中煤大地技術(shù)開發(fā)公司. 山西省文水縣靛頭煤炭勘查區(qū)煤炭詳查報(bào)告[R].2013.

［2］GB 50215-2005 煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國(guó)計(jì)劃出版社,2006.

［3］ 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局 國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.GB 50215-2005 煤礦生產(chǎn)安全規(guī)程[S].煤炭工業(yè)出版社,2011-2.

［4］國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦防治水規(guī)定(第28 號(hào)令)[S].煤炭工業(yè)出版社,2009-12-1.

［5］趙利安.采煤概論[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2011.

［6］國(guó)土資儲(chǔ)備字[2013]176 號(hào).山西省文水縣靛頭煤炭勘查區(qū)煤炭詳查報(bào)告[R].礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量評(píng)審備案證明,2013-7-9.