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        寸草塔煤礦三盤區(qū)物探查明斷層的鉆探驗(yàn)證

        2018-08-20 12:08:42解國強(qiáng)
        陜西煤炭 2018年4期
        關(guān)鍵詞:物探標(biāo)高傾角

        解國強(qiáng)

        (神東煤炭集團(tuán)地測公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

        0 引言

        為了使寸草塔煤礦開采接續(xù)不受影響,神東煤炭集團(tuán)于2014年和2016年在寸草塔煤礦三盤區(qū)局部地段煤層底板起伏異常區(qū)域進(jìn)行了三維地震勘探,探測到DF1、DF5和DF6等幾條落差大于10 m的斷層。為進(jìn)一步探明物探斷層在2-2煤、4-2上、5-2煤的位置、產(chǎn)狀、落差及延展范圍,為下一步工作面的合理布置提供地質(zhì)依據(jù),神東煤炭集團(tuán)決定施工DF1、DF5、DF6物探斷層探測驗(yàn)證工程。受神東煤炭集團(tuán)委托,地測公司承擔(dān)本次鉆探施工任務(wù)。

        1 探測區(qū)位置和地質(zhì)

        1.1 探測區(qū)位置

        勘探區(qū)域位于寸草塔煤礦三盤區(qū),由基本獨(dú)立的2小塊組成,第一塊位于三盤區(qū)中南部,為DF1物探斷層探測驗(yàn)證區(qū)域;第二塊位于三盤區(qū)西南部(靠近井田邊界),為DF5、DF6物探斷層探測驗(yàn)證區(qū)域。每塊形狀為矩形,總計(jì)探測面積約4 km2。

        1.2 勘探區(qū)地質(zhì)

        地層:井田內(nèi)地層自下而上發(fā)育有三疊系上統(tǒng)延長組(T3y)、侏羅系中下統(tǒng)延安組(J1-2y)、侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)、白堊系下統(tǒng)志丹群(k1zh)、第三系上新統(tǒng)(N2)和第四系(Q)。其中,侏羅系中統(tǒng)延安組為本區(qū)的含煤地層(J1-2y),延安組是大型內(nèi)陸湖泊三角洲沉積,沉積旋回結(jié)構(gòu)清晰,故可將含煤地層劃分為5個(gè)中級旋回(二級),自下而上劃分為Ⅰ~Ⅴ巖段,含5#~1#煤組,煤層位于各巖段上部或頂部。

        構(gòu)造:本區(qū)構(gòu)造形態(tài)總體為一向南西傾斜的近水平產(chǎn)狀的單斜構(gòu)造。地層走向約NW20°,傾向約SW70°,地層傾角1°。無巖漿巖侵入。據(jù)寸草塔煤礦一、二盤區(qū)井下開采情況,小斷層較為發(fā)育,且方向沒有規(guī)律。

        物探結(jié)果:查明了三盤區(qū)物探區(qū)內(nèi)主要可采煤層中落差大于5 m的斷層,對區(qū)內(nèi)落差在3~5 m之間的斷層進(jìn)行了解釋,查明了斷層在2-2、4-2上、5-2煤層中的性質(zhì)、落差、延伸方向和范圍。物探區(qū)內(nèi)共計(jì)解釋斷層19條,斷層落差H≥10 m的斷層4條,落差5 m≤H<10 m的斷層13條,落差H<5 m的斷層2條。

        煤層:區(qū)內(nèi)含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組(J1-2y),延安組含煤5組13層,有對比意義11層,從上至下編號為1-2上、1-2、2-2、2-2下、3-1上、3-1、4-2上、4-2、4-3、5-2、5-2下,其中全區(qū)可采煤層3層,分別是2-2、4-2上、5-2煤層,局部可采煤層5層,為2-2下、3-1上、3-1、4-2、4-3煤層。其它為不可采煤層。

        1.3 鉆探驗(yàn)證的斷層

        DF1正斷層:位于探測區(qū)中部,剖面顯示該斷層錯(cuò)斷2-2、4-2上及5-2煤層。斷層走向?yàn)楸北睎|,傾向南西,傾角65°,由測區(qū)南向北延伸,2-2煤層斷距在12~22 m、4-2上煤層斷距在8~22 m、5-2煤層斷距在3~20 m,測區(qū)內(nèi)該斷層在2-2煤層中的延展長度為2 430 m,4-2上煤層中的延展長度為2 442 m,5-2煤層中的延展長度為2 444 m。綜合評價(jià)該斷層為一可靠斷層。

        DF5正斷層:位于探測區(qū)西南部,走向N45°E,傾向S45°E,傾角75°,同時(shí)錯(cuò)斷2-2、4-2上、5-2煤層;測區(qū)內(nèi)該斷層在2-2煤層中的落差為0~7 m,4-2上煤層中的落差為0~11 m,5-2煤層中的落差為0~9 m;測區(qū)內(nèi)該斷層在2-2煤層中的延展長度為830 m,4-2上煤層中的延展長度為832 m,5-2煤層中的延展長度為813 m。綜合評價(jià)該斷層為一可靠斷層。

        DF6正斷層:位于探測區(qū)西部(靠近井田邊界),走向N25°E,傾向S65°E,傾角55°~70°,同時(shí)錯(cuò)斷2-2、4-2上、5-2煤層;測區(qū)內(nèi)該斷層在2-2煤層中的落差為0~26 m,4-2上煤層中的落差為0~25 m,5-2煤層中的落差為0~24 m;測區(qū)內(nèi)該斷層在2-2煤層中的延展長度為2 545 m,4-2上煤層中的延展長度為2 545 m,5-2煤層中的延展長度為2 400 m。綜合評價(jià)該斷層為一可靠斷層。

        2 勘探工作

        2.1 勘探手段的選擇及工程布置

        根據(jù)勘探目的及地形地質(zhì)特征,本次勘探手段選擇以機(jī)械取芯鉆探為主,輔以地球物理測井等手段進(jìn)行。本次探測驗(yàn)證工程孔的布置原則是在物探斷層的上盤和下盤各布置若干個(gè)鉆孔,盡量和已知鉆孔形成對孔,達(dá)到探測驗(yàn)證的目的。因位于DF1斷層上盤距斷層面平均約100 m位置22301回風(fēng)順槽已經(jīng)形成(2-2煤已經(jīng)揭露),故DF1斷層的上盤不再布置鉆孔,其斷層下盤設(shè)計(jì)鉆孔3個(gè),分別是BT6、BT7、BT8;鉆孔DF6斷層設(shè)計(jì)鉆孔4個(gè),其中BT1和BT2號孔為對孔,BT3和老孔CK7號孔為對孔,BT4和老孔CK15號孔為對孔;DF5斷層設(shè)計(jì)鉆孔1個(gè),孔號BT5,與老孔B89號孔組成對孔。

        2.2 勘探工程及質(zhì)量評定

        工程測量:本次物探斷層鉆探驗(yàn)證工程的測量工作由地測公司測量隊(duì)完成。平場初期及開孔前利用4個(gè)D級GPS控制點(diǎn)作為起算點(diǎn),使用RTK測量確定8個(gè)鉆孔的位置,測量精度符合規(guī)范要求,達(dá)到優(yōu)良精度。

        鉆探工程:本次勘探工作自2017年3月5日開始,至2017年7月21日結(jié)束,完成鉆孔8個(gè),鉆探工作量2 326.31 m,孔徑均為φ113 mm,其中BT1、BT2、BT3、BT7、BT8終孔層位為2-2煤底板下10 m;BT4、BT5終孔層位為5-2下煤底板下10 m;BT6終孔層位為5-2煤底板下10 m。全部鉆孔均進(jìn)行了地球物理測井工作,工作量2 313實(shí)測米。鉆探工程量及質(zhì)量情況統(tǒng)計(jì)表見表1。

        煤層:本次勘探竣工鉆孔煤層質(zhì)量按照2007年國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒發(fā)的《煤炭地質(zhì)勘查鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(MT/T1042-2007),對厚度≥0.8 m的煤層逐層進(jìn)行評定,本次可采見煤點(diǎn)共27層次,其中優(yōu)質(zhì)16層次,合格11層次,優(yōu)質(zhì)合格率為100%。煤層質(zhì)量統(tǒng)計(jì)見表1。

        鉆孔巖芯采取率:勘探設(shè)計(jì)要求煤系地層巖芯采取率≥70%,非煤系地層巖芯采取率≥60%。實(shí)際煤系地層采取率達(dá)到65%~95%,非煤系地層采取率達(dá)到51%~62%,達(dá)到《煤炭地質(zhì)勘查鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(MT/T1042-2007)甲乙級孔的要求。

        表1 鉆探工程量及質(zhì)量情況統(tǒng)計(jì)表

        孔斜:測斜結(jié)果表明,本次竣工的8個(gè)鉆孔孔斜度在0.00°~3.28°之間,均在設(shè)計(jì)要求(5°)以內(nèi)。

        終孔層位:本階段施工所有鉆孔終孔層位均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

        簡易水文:本次竣工鉆孔全部進(jìn)行了簡易水文觀測,水位觀測率,消耗量觀測率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。8個(gè)鉆孔簡易水文觀測質(zhì)量均達(dá)到乙級及以上標(biāo)準(zhǔn)。

        鉆孔封閉:本階段施工的所有鉆孔均按工程設(shè)計(jì)及鉆探“規(guī)程”要求封閉。根據(jù)勘探區(qū)內(nèi)的實(shí)際地質(zhì)情況,采用水灰比為1∶0.7純水泥漿封閉,封閉質(zhì)量合格。施工鉆孔孔口埋設(shè)永久性水泥柱標(biāo)志,寫明孔號。本次鉆探施工,未對本階段施工鉆孔進(jìn)行啟封檢查。

        原始記錄:竣工的8個(gè)鉆孔原始數(shù)據(jù)齊全,原始記錄數(shù)據(jù)齊全,地層、煤層巖芯鑒定描述合理,判層準(zhǔn)確。鉆具丈量符合質(zhì)量要求,鉆具累計(jì)數(shù)據(jù)與丈量數(shù)據(jù)超差時(shí),進(jìn)行了合理平差。

        地球物理測井:勘探8個(gè)鉆孔測井任務(wù)由神華地勘公司承擔(dān),均進(jìn)行了地球物理測井(電測井)工作,總工程量為2 313 m。測井使用PSJ-2型儀器,采用電阻率,散射伽瑪(長、短源矩),自然伽瑪?shù)?種曲線對煤巖層進(jìn)行地質(zhì)解釋,確定煤層深度、厚度及結(jié)構(gòu),根據(jù)曲線的物性特征,即曲線幅值、幅寬、形態(tài)及組合規(guī)律進(jìn)行煤巖層對比,同時(shí)測量鉆孔的天頂角及方位角,確定鉆孔的偏斜度及偏斜方向,所測煤層均達(dá)優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),測井均達(dá)甲級標(biāo)準(zhǔn)。測井工作的各項(xiàng)成果、質(zhì)量較好,可供編制工程總結(jié)。

        質(zhì)量評定:8個(gè)鉆孔鉆探和測井質(zhì)量等級經(jīng)驗(yàn)收,3個(gè)孔為甲級,5個(gè)孔為乙級,見表1。

        2.3 探測成果

        本次物探斷層驗(yàn)證工程共施工8個(gè)鉆孔,通過鉆孔的巖芯寫實(shí)情況及對煤層厚度與底板高程的對比,結(jié)合物探成果,確定了物探斷層發(fā)育情況鉆孔揭露斷層方式分為5種類型,分別為a、b、c、d、e型,如圖1所示。

        DF1斷層:根據(jù)物探成果,位于物探DF1斷層上盤距斷層面平均約100 m位置22301回風(fēng)順槽已經(jīng)形成(2-2煤已經(jīng)揭露),故DF1斷層的上盤沒有布置鉆孔,在其斷層下盤施工了3個(gè)鉆孔,孔號分別是BT6、BT7、BT8,3個(gè)鉆孔探測正常,揭露斷層方式為a型,經(jīng)過煤巖層對比,結(jié)合物探成果,經(jīng)2-2煤層底板標(biāo)高計(jì)算分析,2-2煤底板標(biāo)高相差24~28 m。通過BT6號和CK43號鉆孔的各煤層底板標(biāo)高對比探得此處斷層直接錯(cuò)斷2-2煤、4-2上煤和5-2煤層,兩孔相距約380 m,減掉地層自然傾斜落差(根據(jù)兩孔中間揭露的煤層底板變化,求得地層傾角約1°),4-2上煤底板標(biāo)高相差約18 m,5-2煤底板標(biāo)高相差約20 m。通過老鉆孔B99號和CK42號鉆孔的各煤層底板標(biāo)高對比探得此處斷層直接錯(cuò)斷4-2上煤和5-2煤層,B99鉆孔沒有揭露2-2煤,判斷此孔在此處打在了斷層面上,揭露斷層方式為C型,兩孔相距約417 m,減掉地層自然傾斜落差(根據(jù)兩孔中間揭露的煤層底板變化,求得地層傾角<1°),4-2上煤底板標(biāo)高相差約21 m,5-2煤底板標(biāo)高相差約19 m。由此,DF1斷層走向、落差、傾角與物探結(jié)果基本一致。DF1斷層物探驗(yàn)證對孔斷層落差見表2。

        DF5斷層:根據(jù)物探成果在斷層上盤布置了一個(gè)鉆孔,孔號BT5,與B89號鉆孔組成對孔,兩孔相距127 m,地層傾角小于1°。鉆孔探測正常,揭露斷層方式為e型,經(jīng)過煤巖層對比,結(jié)合物探成果,經(jīng)各煤層底板標(biāo)高計(jì)算分析,探得斷層直接錯(cuò)斷了2-2煤、4-2上煤和5-2煤層,DF5斷層為正斷層。2-2煤底板標(biāo)高相差約14 m,4-2上煤底板標(biāo)高相差約7 m,5-2煤底板標(biāo)高相差約9 m。斷層走向、落差、傾角與物探結(jié)果基本一致。DF5斷層物探驗(yàn)證對孔斷層落差見表3。

        a-a型;b-b型;c-c型;d-d型;e-e型圖1 鉆孔揭露斷層方式

        上盤鉆孔孔號煤層底板標(biāo)高/m22301回風(fēng)順槽底板標(biāo)高/m下盤鉆孔孔號煤層煤層底板標(biāo)高距離/m底板落差/m1 019.45BT62-21 046.0617124.221 008BT72-21 036.687728.68 1 012BT82-21 036.0418424.04 CK43944.46BT64-2上967.27288.618.60 890.785-2915.2426220.63 CK42939.67B994-2上967.4441720.77886.935-2912.618.67

        表3 DF5斷層物探驗(yàn)證對孔斷層落差表

        DF6斷層:根據(jù)物探成果在斷層上下盤布置了4個(gè)鉆孔,其中BT1和BT2號孔為對孔,BT3和老孔CK7號孔為對孔,BT4和老孔CK15號孔為對孔。鉆孔探測正常,BT3和老孔CK7號孔、BT4和老孔CK15號孔揭露斷層方式為e型,經(jīng)過煤巖層對比,結(jié)合物探成果,經(jīng)各煤層底板標(biāo)高計(jì)算分析,DF6斷層為正斷層。BT1和BT2號孔揭露了1-2上煤、1-2煤、2-2煤,根據(jù)3層煤的底板標(biāo)高、煤層結(jié)構(gòu)、頂?shù)装鍘r性、連續(xù)性和地層傾角,綜合判斷斷層在此處落差變小至殲滅,BT3和老孔CK7號孔2-2煤底板標(biāo)高相差14 m。通過BT4號和CK15號鉆孔的各煤層底板標(biāo)高對比探得斷層直接錯(cuò)斷2-2煤、4-2上煤和5-2煤層,兩孔相距160 m,地層傾角小于1°,2-2煤底板標(biāo)高相差約18 m,4-2上煤底板標(biāo)高相差約19 m,5-2煤底板標(biāo)高相差約19 m。斷層走向、落差、傾角與物探結(jié)果基本一致。DF6斷層物探驗(yàn)證對孔斷層落差見表4。

        表4 DF6斷層物探驗(yàn)證對孔斷層落差表

        3 結(jié)論

        (1)查明了DF1、DF5、DF6斷層在2-2煤、4-2上煤和 5-2煤的位置、產(chǎn)狀、落差及延展長度。本次探測成果確定的DF1斷層走向、落差、傾角及延展長度與物探結(jié)果基本一致,2-2煤底板落差24~28 m,大于物探成果解釋的12~22 m落差;本次探測成果確定的DF5斷層走向、落差、傾角及延展長度與物探結(jié)果基本一致,2-2煤底板落差14 m,大于物探成果解釋的7 m落差;本次探測成果確定的DF6斷層走向、落差、傾角及延展長度與物探結(jié)果基本一致,在北北東方向物探邊界處落差變小至殲滅,小于物探成果解釋的12 m落差,縮小了DF6斷層在北北東方向的延展長度。

        (2)通過本次補(bǔ)勘,對DF1、DF5、DF6斷層發(fā)育情況有了進(jìn)一步的了解和掌握,有效地證實(shí)了物探方法的準(zhǔn)確度,并對物探方法起到了補(bǔ)充作用,兩者結(jié)合使得工程地質(zhì)勘察的準(zhǔn)確度有了進(jìn)一步的提高。

        (3)根據(jù)此次探測成果確定的DF1、DF5、DF6斷層發(fā)育情況,設(shè)計(jì)工作面時(shí)應(yīng)合理布置,以提高資源回采率;靠近斷層區(qū)域掘進(jìn)時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。

        (4)物探斷層成果中,斷層已經(jīng)錯(cuò)斷了勘探區(qū)下部幾個(gè)主要煤層的,布置對孔進(jìn)行鉆探驗(yàn)證時(shí),確定一個(gè)孔為淺孔,一個(gè)孔為深孔,深孔既能起到驗(yàn)證物探斷層的作用,也可以起到探煤的作用。

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