蘆　笛

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原　030006)

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綜合勘查技術(shù)在山西煤炭資源勘探中的應(yīng)用

蘆笛

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原030006)

分析了山西省潞安礦區(qū)井田地質(zhì)構(gòu)造的特征，從鉆探技術(shù)與地震勘探技術(shù)兩方面，闡述了綜合勘查技術(shù)在潞安礦區(qū)煤炭勘探中的應(yīng)用，指出采用綜合勘探技術(shù)既保證了勘探結(jié)果的準(zhǔn)確率，又節(jié)約了勘探成本。

礦區(qū)，煤炭，鉆探技術(shù)，地震勘探技術(shù)

0　引言

經(jīng)歷了“煤炭十年黃金期”之后，受全球經(jīng)濟(jì)低迷和我國(guó)環(huán)保政策實(shí)施的影響，全球煤炭消費(fèi)量下降明顯，供大于求矛盾尖銳，煤炭?jī)r(jià)格近乎腰斬，各大煤炭企業(yè)也進(jìn)入虧損期。但是2015年我國(guó)煤炭消費(fèi)量依然達(dá)到39.65億t，占到全球總煤炭消費(fèi)量的1/2左右，可見(jiàn)煤炭在我國(guó)一次性能源中的主體地位近期無(wú)可撼動(dòng)。山西省作為我國(guó)第一產(chǎn)煤大省，在輸出煤炭方面起著重要作用，因此加大煤炭勘查技術(shù)研究，提高準(zhǔn)確率，成為當(dāng)前降低煤炭企業(yè)支出的重要途徑之一[1]。

1　山西省潞安礦區(qū)井田地質(zhì)構(gòu)造特征分析

山西潞安集團(tuán)是省內(nèi)七大煤炭集團(tuán)之一，下屬有五大礦區(qū)，集團(tuán)煤炭總產(chǎn)量持續(xù)突破7 000萬(wàn)t。該集團(tuán)在山西省內(nèi)的礦區(qū)主要分布于華北地區(qū)呂梁、太行一帶，由于受燕山運(yùn)動(dòng)及太行山背斜影響，該區(qū)域構(gòu)造以斷裂為主，褶皺也發(fā)育較多。其中幾條主要斷層及其產(chǎn)狀特征如表1所示。

表1　潞安礦區(qū)主要斷層名稱(chēng)及構(gòu)造特征

本礦區(qū)的主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組，含煤地層總厚度約為163 m，可采煤層為7-12層，其中主采3號(hào)煤，厚度4.2 m～7.3 m。

2　綜合勘查技術(shù)在潞安礦區(qū)煤炭勘探中的應(yīng)用

對(duì)煤炭資源勘探技術(shù)的選擇需結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w地質(zhì)條件，由于潞安礦區(qū)含煤地層大部分被新生界地層覆蓋，主要可采煤層均未出現(xiàn)露頭，所以采用鉆探和地震勘探技術(shù)相結(jié)合是最為有效的辦法之一，再輔以測(cè)井及遙感等勘探技術(shù)[2]。

2.1鉆探技術(shù)在潞安礦區(qū)煤炭勘探中的應(yīng)用

在2008年期間，受相關(guān)部門(mén)委托，某地質(zhì)大隊(duì)共調(diào)來(lái)了5臺(tái)鉆機(jī)對(duì)潞安礦區(qū)東南部進(jìn)行了鉆探勘查，共打鉆孔16眼，其中最深達(dá)到680 m，最淺為320 m。下面對(duì)這次施工進(jìn)行詳細(xì)介紹分析。

1)鉆探設(shè)備。

本次工程所應(yīng)用到的鉆探設(shè)備型號(hào)見(jiàn)表2。

表2　鉆探設(shè)備詳情

由于在不同的鉆進(jìn)階段所使用的鉆頭不同，因此本工程共設(shè)計(jì)了3套鉆頭鉆具，具體如表3所示。

2)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)。

本工程所用的泥漿性能參數(shù)如下：pH值7～10；粘度20～25；含砂量小于4%；失水量15 mL/30 min；泥餅厚度小于0.5 mm；比重為1.0～1.1。而鉆進(jìn)工藝參數(shù)主要根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到，具體如下：

a.鉆壓Q在中硬地層為0.4 kN/cm2～0.5 kN/cm2；硬地層為0.6 kN/cm2～0.85 kN/cm2；

b.轉(zhuǎn)數(shù)范圍n=350/min～800/min；

c.泵量應(yīng)不大于100 L/min。

表3　鉆頭鉆具配置詳情

3)鉆進(jìn)施工分析。

保證鉆機(jī)平穩(wěn)及鉆孔垂直，在鉆進(jìn)中鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量等參數(shù)不得同時(shí)達(dá)到極限值，根據(jù)實(shí)際施工進(jìn)行調(diào)節(jié)。在鉆進(jìn)途中應(yīng)及時(shí)測(cè)斜，保證鉆孔質(zhì)量。在正常鉆進(jìn)期間禁止無(wú)故提鉆。設(shè)置合理回次提鉆長(zhǎng)度，檢查鉆頭的磨損情況。

在煤系地層鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)由技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富的工人掌握鉆機(jī)，中途無(wú)特殊原因不得換人。要求打煤的第一個(gè)回次小于0.5 m，正常鉆進(jìn)回次進(jìn)尺小于1.5 m[3]。在塊煤地層可加大泵量，粉煤地層減小泵量。要特別將煤層頂?shù)装甯叱逃涗浨宄绻诿簩又秀@進(jìn)時(shí)出現(xiàn)進(jìn)尺尺寸變化較大等異?，F(xiàn)象，需立即提鉆并分析原因。在煤層取芯時(shí)應(yīng)提前關(guān)水，待巖粉沉淀后再干鉆10 cm之后進(jìn)行提鉆。本工程的鉆探質(zhì)量較好，鉆孔合格率達(dá)到90%以上，取芯也較為完整。

2.2地震勘探技術(shù)在潞安礦區(qū)煤炭勘探中的應(yīng)用

地震勘探技術(shù)具有高精度、高分辨率等突出優(yōu)點(diǎn)，目前在石油、天然氣、礦產(chǎn)資源等勘查工作中被廣泛應(yīng)用。該技術(shù)的本質(zhì)原理是人工激發(fā)地震波，利用地震波在不同巖層中的彈性差異來(lái)查明地層及主要構(gòu)造。本工程主要是利用地震波來(lái)進(jìn)一步確定可采煤層中褶曲、斷層、陷落柱等對(duì)后續(xù)采煤工作面布置影響較大的地質(zhì)構(gòu)造[4]。

1)地震勘探技術(shù)對(duì)褶曲的探測(cè)。

如果僅僅依靠鉆探則只能推斷大范圍內(nèi)的煤層分布情況，對(duì)中間的小型地質(zhì)構(gòu)造不可能查明。地震勘探技術(shù)可以清楚地得到一定范圍內(nèi)地層的褶曲形態(tài)(見(jiàn)圖1)。根據(jù)地震波的傳播時(shí)間，再經(jīng)過(guò)時(shí)深轉(zhuǎn)換就可以較為真實(shí)地反映褶曲的背斜與向斜的詳細(xì)情況。在圖1中可以看到，如果鉆探位置沒(méi)有在褶曲范圍內(nèi)，技術(shù)人員會(huì)推斷煤層傾斜分布，直接影響了后續(xù)的采煤設(shè)計(jì)。

2)地震勘探技術(shù)對(duì)斷層的探測(cè)。

遇到斷層時(shí)，地震波往往呈現(xiàn)扭曲、錯(cuò)斷、強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換等特點(diǎn)，通過(guò)在縱向上描繪斷點(diǎn)的傾向、落差、傾角等信息可以準(zhǔn)確判斷斷層形態(tài)(見(jiàn)圖2)[5]。目前最先進(jìn)的三維地震勘探技術(shù)可探測(cè)落差在5 m以上的斷層，且準(zhǔn)確率超過(guò)75%。但是隨著精度越高其探測(cè)成本越大，因此從經(jīng)濟(jì)方面考慮，本項(xiàng)目將斷層落差值設(shè)定在10 m以上。

圖1　地震勘探技術(shù)　　　　　圖2　地震勘探技術(shù)測(cè)得地層中褶曲的形態(tài)　　　　測(cè)得地層中斷層的形態(tài)

3)地震勘探技術(shù)對(duì)采空區(qū)、陷落柱的探測(cè)。

采空區(qū)和陷落柱都對(duì)采煤安全有著重大影響，其地震波形態(tài)反應(yīng)也類(lèi)似，但陷落柱的范圍一般較小。采空區(qū)和陷落柱與周?chē)r層的密度、統(tǒng)一性存在很大差距，地震波一般顯現(xiàn)出雜亂或干脆消失等現(xiàn)象[6]。在本次探測(cè)中共發(fā)現(xiàn)8處采空區(qū)及陷落柱，經(jīng)過(guò)后期詳細(xì)探測(cè)后其正確率超過(guò)80%。

3　結(jié)語(yǔ)

煤炭資源勘查作為建井前期最重要的準(zhǔn)備工作，其投入成本巨大，對(duì)后續(xù)建設(shè)規(guī)劃也起著決定性影響。本文介紹了鉆探和地震勘探技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，有效節(jié)約了勘探工作的成本，這對(duì)當(dāng)下資金緊張的煤炭企業(yè)來(lái)說(shuō)是很有意義的。鉆探技術(shù)可以大范圍地真實(shí)反映地層發(fā)育情況，而地震勘探技術(shù)作為一種有效的補(bǔ)充手段在確定中小型地質(zhì)構(gòu)造中表現(xiàn)良好。

[1]劉志遜，陳河替，黃文輝.我國(guó)煤炭資源現(xiàn)狀及勘察戰(zhàn)略[J].煤炭技術(shù)，2015，24(10)：1-2.

[2]薄鵬毅.基于煤炭地質(zhì)綜合勘察技術(shù)的研究[J].能源與節(jié)能，2015(5)：21-22.

[3]曹代勇，李小明，占文鋒，等.深部煤炭資源勘查模式及其構(gòu)造控制[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2008(10)：18-21.

[4]許崇寶，王晶，曾愛(ài)平.地震勘探技術(shù)在煤炭勘查中的應(yīng)用與展望[J].山東國(guó)土資源，2016，32(1)：1-8.

[5]魏迎春，曹代勇，夏水翊，等.復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)煤炭資源勘查方法探討[J].煤炭工程，2014，46(3)：115-117.

[6]孟慶偉，侯強(qiáng)，陳劍清.繩索鉆探技術(shù)在新疆煤田勘查中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2015，17(12)：197-198.

On application of integrated exploration technology in coal resource survey and exploration in Shanxi Province

Lu Di

(ShanxiCoalGeologicalProspectingInstituteofHydrology,Taiyuan030006,China)

The paper analyzes the features of the geological structures of Lu’an Mining Area of Shanxi, illustrates the application of the integrated exploration technology in coal resource survey and exploration in Lu’an Mining Area from the drilling technique and earthquake exploration, and points out the technique can ensure the accuracy of the exploration result and save the exploration cost.

mining area, coal, drilling technique, seismic prospecting technique

1009-6825(2016)21-0080-02

2016-05-16

蘆笛(1984- )，男，工程師

P621

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