張麗維，王海軍，李靜琴

（1.陜西煤田地質(zhì)勘查研究院有限公司，陜西西安710021；2.中煤科工集團(tuán)西安研究員有限公司，陜西西安710077)

1 地質(zhì)概況

禾草溝煤礦位于鄂爾多斯盆地陜北三疊紀(jì)煤田子長礦區(qū)的西南部，構(gòu)造位置為鄂爾多斯盆地之延安斜坡中部、構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)段。構(gòu)造形態(tài)總體為北西向緩傾的單斜構(gòu)造，局部發(fā)育有寬緩的波狀起伏。區(qū)內(nèi)主要為近于水平的平緩單斜地層，傾向NW，傾角1°～3°，局部發(fā)育有寬緩的波狀起伏，東部邊緣地帶有古河道沖刷帶。區(qū)內(nèi)含煤地層為三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組，勘探鉆孔揭露該組地層平均厚度為273.95m，含煤層（煤線）8層，自上而下編為5上、5、4、3-1、3-2、3-3、2、1煤層，煤層總厚度平均9.33m，含煤系數(shù)為3.4%，可采煤層厚度平均3.32m，可采煤層含煤系數(shù)為1.2%。其中5、3-2煤層全區(qū)分布，2煤層局部可采，其余煤層均不可采。為了對(duì)勘探工程的合理部署、礦井開采設(shè)計(jì)以及采取的布置提供可靠的地質(zhì)資料，需對(duì)具有開采價(jià)值的5、3-2、2煤層進(jìn)行煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

2 煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

煤層穩(wěn)定性一般采用傳統(tǒng)的定性方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，但是僅以傳統(tǒng)的定性方式評(píng)價(jià)會(huì)因人而異，界限模糊，難以區(qū)分，所以應(yīng)當(dāng)運(yùn)用定性與定量結(jié)合方法對(duì)可采煤層的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，使煤層穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)更加科學(xué)合理。文章通過對(duì)可采煤層采用定性、定量以及綜合評(píng)價(jià)的方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)礦井揭露5煤層的穩(wěn)定性情況，檢驗(yàn)、驗(yàn)證陜北三疊紀(jì)煤田禾草溝煤礦可采煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的合理性。

2.1 定性評(píng)價(jià)

定性評(píng)價(jià)主要采用煤層厚度、煤層結(jié)構(gòu)及其夾矸巖性、見煤點(diǎn)數(shù)、煤類、可采面積及可采系數(shù)、可采性幾個(gè)指標(biāo)對(duì)主采煤層的穩(wěn)定性進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表1。

5煤層位于瓦窯堡組第四段的頂部，煤層厚度1.30～2.69m，平均厚度2.05m，屬中厚煤層，煤礦范圍內(nèi)全區(qū)可采，可采系數(shù)100%；含夾矸1～3層、巖性以泥巖、粉砂巖為主，結(jié)構(gòu)較簡單；煤類均為氣煤45（QM45），煤類單一；因此，定性評(píng)價(jià)為穩(wěn)定煤層。

3-2煤層位于瓦窯堡組第三段的上部，煤層厚度0.65～1.05m，平均厚度0.80m，屬薄煤層，煤礦范圍內(nèi)全區(qū)可采，可采系數(shù)100%；煤層結(jié)構(gòu)單一，不含夾矸；煤類均為氣煤45（QM45），煤類單一，因此，定性評(píng)價(jià)為穩(wěn)定煤層。

2煤層位于瓦窯堡組第二段的中部，煤層厚度0.50～0.75m,平均厚度0.56m[依據(jù)《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》并參照陜西省國土資源廳“關(guān)于陜北三疊紀(jì)煤田子長礦區(qū)工業(yè)指標(biāo)中煤層最低可采厚度的批示”（陜國土資儲(chǔ)發(fā)【2009】14號(hào)），最低可采厚度0.50m]，屬薄煤層；在煤礦范圍內(nèi)局部可采，可采系數(shù)30.4%；結(jié)構(gòu)單一，不含夾矸；煤類主要為氣煤45（QM45），含少量的氣煤34（QM34）。因此，定性評(píng)價(jià)為不穩(wěn)定煤層。

表1 煤層穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)表

通過定性評(píng)價(jià)煤5、3-2為穩(wěn)定煤層，2煤為較穩(wěn)定煤層。雖然，定性評(píng)價(jià)的方法對(duì)煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)有一定的指導(dǎo)意義，但是，該評(píng)價(jià)方法受人為因素影響較大，與技術(shù)人員對(duì)區(qū)內(nèi)煤層的認(rèn)知程度以及勘探工程對(duì)煤層的控制程度等直接相關(guān)，可能由于勘查工程布置不合理而導(dǎo)致煤層未得到有效控制，而直接影響對(duì)煤層穩(wěn)定性的影響，如2008年在煤礦東部施工的10個(gè)鉆孔均未鉆探至2煤層而終孔，2009年在煤田西部施工的10個(gè)鉆孔均穿過2煤層后終孔，揭露2煤厚度0.40～0.75m，平均厚度0.56m，結(jié)構(gòu)簡單，不含夾矸，含煤面積6.15km2，其中可采面積5.05km2，由于東部10個(gè)鉆孔未打穿2煤，如圖1所示。

按照東西區(qū)面積評(píng)價(jià)煤層穩(wěn)定性則為35%，為局部可采煤層（如圖1所示）；若按照已探的煤層賦存范圍為基數(shù)評(píng)價(jià)82%，為大部可采煤層。因此，需進(jìn)一步用定量的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，使煤層穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)更加科學(xué)合理。

2.2 定量評(píng)價(jià)

應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)研究區(qū)內(nèi)的主采煤層開展定量評(píng)價(jià)，通過統(tǒng)計(jì)可采見煤點(diǎn)數(shù)及見煤點(diǎn)數(shù)計(jì)算可采性指數(shù)；通過統(tǒng)計(jì)煤層平均厚度、見煤點(diǎn)數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差等參數(shù)計(jì)算煤厚度變異指數(shù)，根據(jù)以上2個(gè)指標(biāo)確定煤層的穩(wěn)定程度。

采用《煤礦地質(zhì)工作規(guī)定》中的公式[公式（1）、公式（2）]，計(jì)算得出各煤層的變異指數(shù)和可采性指數(shù)（表2），開展煤層穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定量評(píng)價(jià)，5煤為較穩(wěn)定煤層，3-2煤為穩(wěn)定煤層，2煤為較穩(wěn)定煤層。

表2 煤層穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)表

煤層可采性指數(shù)：

式中：Km——煤層可采性指數(shù)；

n——參與煤層厚度評(píng)價(jià)的見煤點(diǎn)總數(shù)；

n′——煤層厚度大于或等于可采厚度的見煤點(diǎn)數(shù)。

煤層厚度變異指數(shù)：

式中：γ——煤層厚度變異指數(shù)；

M1——每個(gè)見煤點(diǎn)的實(shí)測煤層厚度，m；

Mˉ——煤礦（或分區(qū)）的平均煤層厚度，m；

N——參與評(píng)價(jià)的見煤點(diǎn)數(shù)；

S——均方差值，m。

表3 煤層穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)表

2.3 綜合評(píng)價(jià)

通過對(duì)陜北三疊紀(jì)煤田禾草溝煤礦主采煤層的定性評(píng)價(jià)（表1）和定量評(píng)價(jià)（表2）結(jié)果對(duì)比（表3）不難發(fā)現(xiàn)，5煤定性為穩(wěn)定煤層，定量評(píng)價(jià)為較穩(wěn)定煤層，雖然評(píng)價(jià)結(jié)果不一致，但是其定量評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)γ接近25%，即接近穩(wěn)定煤層，故將5煤層綜合評(píng)價(jià)為較穩(wěn)定煤層。此外，生產(chǎn)礦井正在開采5煤層，通過礦井近幾年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，5煤層厚度變化較小、煤層結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，屬于穩(wěn)定性煤層，其評(píng)價(jià)結(jié)果與綜合評(píng)價(jià)一致，說明綜合評(píng)價(jià)的合理性和該評(píng)價(jià)方法適用于陜北三疊紀(jì)禾草溝煤礦煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

3 結(jié)論

（1）陜北三疊紀(jì)煤田子長礦區(qū)禾草溝煤礦主采煤層穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)為5煤、3-2煤為穩(wěn)定煤層、2煤為較穩(wěn)定煤層。

（2）定性的方法雖然對(duì)陜北三疊紀(jì)煤田子長礦區(qū)禾草溝煤礦煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)有一定的指導(dǎo)意義，但是，該方法存在其局限性需進(jìn)一步采用定量評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。將定性與定量結(jié)合方法對(duì)可采煤層的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，當(dāng)二者的評(píng)價(jià)不一致時(shí)，以定性描述為主、定量評(píng)價(jià)為輔，同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)礦井揭露情況，綜合評(píng)價(jià)，這樣使煤層穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)更加科學(xué)合理。