王德勛，陳志遠(yuǎn)，王欣欣，張艷朋

（1.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，大同 037008；2.山西省地質(zhì)勘查局二一七地質(zhì)隊(duì)有限責(zé)任公司, 大同 037008）

同忻礦位于山西省大同市西南約20 km 處，屬大同市云岡區(qū)管轄，井田內(nèi)賦存有侏羅系和石炭二疊系2 套含煤建造，文章僅估算同忻礦采礦許可證批準(zhǔn)的大同煤田石炭二疊系礦區(qū)井田范圍，分別為山2、山4、2、3- 5、8、9 號(hào)6 層煤層，批采標(biāo)高為1 550～725 m,各煤層可采范圍標(biāo)高均在批采標(biāo)高范圍內(nèi)。

1 可采煤層特性

1.1 山2 號(hào)煤層

位于山西組上部，上距K8砂巖0～13.62 m，平均5.77 m。煤厚0～6.18 m,平均0.50 m。屬薄煤層，井田內(nèi)有36 個(gè)孔見煤，其中達(dá)到可采厚度的20 個(gè)，可采范圍主要集中在井田西部較小范圍。屬于不穩(wěn)定、局部可采煤層，煤層變異系數(shù)γ= 54%，可采性指數(shù)Km=0.64，屬于不穩(wěn)定、局部可采煤層。煤層穿過層位點(diǎn)259 個(gè)，見煤點(diǎn)28 個(gè)，可采點(diǎn)18 個(gè)，不可采點(diǎn)10 個(gè)，斷失點(diǎn)0 個(gè)，沉缺點(diǎn)231 個(gè)，煤層賦存面積9.34 km2，可采面積5.72 km2。

1.2 山4 號(hào)煤層

該煤層屬于二疊系可采煤層，位于山西組下部，距底部K3砂巖0～29.41 m，平均11.07 m。 K3砂巖厚度1.00～16.32 m，平均6.97 m，巖性變化不大，一般為中、粗粒石英砂巖，局部含礫，個(gè)別鉆孔為細(xì)粒砂巖或粉砂巖。煤層厚度0～4.59 m，平均厚度為1.40 m。可采范圍主要分布于東部，煤層結(jié)構(gòu)簡單。煤層變異系數(shù)γ=50%，可采性指數(shù)Km=0.66，屬于不穩(wěn)定，局部可采煤層，煤層穿過層位點(diǎn)259 個(gè)，見煤點(diǎn)154 個(gè)，可采點(diǎn)105 個(gè)，不可采點(diǎn)49 個(gè)，斷失點(diǎn)0 個(gè)，沉缺點(diǎn)105 個(gè)，煤層賦存面積23.83 km2，可采面積6.64 km2。

1.3 2 號(hào)煤層

位于太原組上部，上距山4 號(hào)煤層16.60～38.80 m，平均21.32 m。煤層厚度為0～5.87 m，平均1.76 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單。主要分布于北二盤區(qū)東南部及中部，局部可采。可采范圍內(nèi)層位穩(wěn)定，厚度變化不大。煤層變異系數(shù)γ= 45%，可采性指數(shù)Km=0.71，屬于不穩(wěn)定煤層，局部可采，煤層穿過層位點(diǎn)259 個(gè)，見煤點(diǎn)77 個(gè)，可采點(diǎn)38 個(gè)，不可采點(diǎn)39個(gè)，斷失點(diǎn)0 個(gè)，沉缺點(diǎn)182 個(gè)，煤層賦存面積22.04 km2，可采面積8.27 km2。

1.4 3-5 號(hào)煤層

位于2 號(hào)煤層之下0.70～9.60 m，平均厚度2.28 m。煤層厚度0～37.95 m，平均13.38 m。煤層夾矸0～18 層，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為巨厚煤層。煤層可采性指數(shù)Km=0.96，變異系數(shù)γ=18%，屬較穩(wěn)定、大部可采煤層。 煤層賦存面積60.25 km2，可采面積55.15km2。煤層穿過層位點(diǎn)258 個(gè)，見煤點(diǎn)234 個(gè)，可采點(diǎn)218 個(gè)，不可采點(diǎn)16 個(gè)，斷失點(diǎn)0 個(gè)，沉缺點(diǎn)24 個(gè)，煤層賦存面積60.25 km2，可采面積55.15 km2。礦體規(guī)模為：走向N10°～50°E，傾向北西，煤層傾角8°～12°，礦區(qū)范圍內(nèi)走向長月13.288 km，寬（延伸方向）約6.850 km，礦體平均厚度13.38 m，最小埋深345 m，最大埋深620 m，最小地板標(biāo)高740 m，最大地板標(biāo)高990 m。該煤層總體上厚度變化不大，層位穩(wěn)定,東北部及西南部受后期砂巖沖刷強(qiáng)烈，致使煤層變薄、缺失，出現(xiàn)無煤帶，煤層厚度的變化與后期砂巖的沖刷程度也有著密切的關(guān)系。

1.5 8 號(hào)煤層

上距3-5 號(hào)煤層7.47～51.56 m，平均21.42 m。煤層厚度0～10.09 m，平均2.97 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單至較簡單，由0～8 層煤分層組成，夾矸最多達(dá)5 層，8 號(hào)煤層基本上全區(qū)賦存，僅北部及西部局部缺失為零，煤層變異系數(shù)γ=30%，可采性指數(shù)Km=0.81，該煤層屬較穩(wěn)定大部可采煤層。煤層穿過層位點(diǎn)257 個(gè)，見煤點(diǎn)250 個(gè)，可采點(diǎn)229 個(gè)，不可采點(diǎn)21 個(gè)，斷失點(diǎn)0 個(gè)，沉缺點(diǎn)7 個(gè)，煤層賦存面積59.83 km2，可采面積57.11 km2。

1.6 9 號(hào)煤層

位于8 號(hào)煤層之下0.90～17.88 m，平均6.63 m。煤層厚度為03.59 m，平均厚度為0.97 m，結(jié)構(gòu)簡單，可采范圍主要在井田中部。該煤層變異系數(shù)γ=55%，可采性指數(shù)Km=0.65，該煤層屬不穩(wěn)定，局部可采煤層。煤層穿過層位點(diǎn)255 個(gè)，見煤點(diǎn)143 個(gè)，可采點(diǎn)96 個(gè)，不可采點(diǎn)47 個(gè)，斷失點(diǎn)0 個(gè)，沉缺點(diǎn)112 個(gè)，煤層賦存面積26.53 km2，可采面積18.02 km2。

1.7 各煤層頂、底板及夾矸層巖質(zhì)特性

各煤層頂、底板及夾矸層巖質(zhì)特性見表1：

表1 各煤層頂、底板及夾矸層巖質(zhì)特性

2 儲(chǔ)量估算

2.1 儲(chǔ)量估算工業(yè)指標(biāo)

根據(jù)《DZ/T 0215-2020 礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范煤》，確定本次資源儲(chǔ)量估算的工業(yè)指標(biāo)見表2。

表2 工業(yè)指標(biāo)

2.2 煤礦儲(chǔ)量估計(jì)方法

在煤礦地質(zhì)勘查中，常用的煤炭資源儲(chǔ)量估計(jì)方法主要有傳統(tǒng)幾何學(xué)方法、克里金方法、SD 法等。而傳統(tǒng)幾何學(xué)方法包含有地質(zhì)塊段法、剖面法、水平切面法、簡單統(tǒng)計(jì)法、算數(shù)平均法、等高線法等。

2.2.1 地質(zhì)塊段法

地質(zhì)塊段法是煤炭儲(chǔ)量計(jì)算使用的最廣的一種方法，它是將井田內(nèi)煤層按各種要素分割成為各個(gè)不同小塊，例如煤層厚度、地質(zhì)構(gòu)造開采技術(shù)條件、開拓方式等，然后計(jì)算每個(gè)小塊的煤礦儲(chǔ)量，最后疊加得到總的估算量。該法具有算術(shù)平均法的優(yōu)點(diǎn)，可滿足多方面需求，缺點(diǎn)是在工程密度小、分布不均以及煤層不穩(wěn)定的情況下精度較差［1-3］。計(jì)算公式為：

式中：Q、S、m、d分別為資源儲(chǔ)量(萬t)、塊段水平投影面積(m2)、塊段內(nèi)資源儲(chǔ)量估算煤層厚度的平均值(m)、煤層平均視密度(t/m3)。

2.2.2 斷面法

也稱作剖面法，包括平行剖面法和不平行剖面法，其中平行剖面法是在2 個(gè)斷面相鄰且平行的情況下對(duì)儲(chǔ)量進(jìn)行計(jì)算，優(yōu)點(diǎn)是方法簡單、精度高，節(jié)省了作煤層底板等高線圖的時(shí)間和精力。尤其適用煤層厚度變化較大的煤層儲(chǔ)量計(jì)算中。計(jì)算公式為：

式中：Vi為兩相鄰剖面之間所控制的某一煤層的體積(m3)；Si為兩相鄰剖面之間所控制的某一煤層在兩剖面上面積的平均值（m2）；di為兩剖面間的距離(m)；Q為煤層的儲(chǔ)量（t）；Mi為該塊段煤層容重（t/m3）。

2.2.3 水平切面法

水平切面法的斷面是一個(gè)水平面，適用于露天開采的傾斜厚煤層的儲(chǔ)量計(jì)算，計(jì)算公式為它的計(jì)算公式為：

式中：V為上下兩相鄰且水平斷面間的煤層體積(m3)；S1、S2分別為上下兩相鄰且水平切面上煤層的面積（m2）；h為上下兩相鄰且水平切面間垂直間距(m)；Q為煤層的儲(chǔ)量(噸)；M為煤層容重(t/m3)。

2.2.4 簡單統(tǒng)計(jì)法

簡單統(tǒng)計(jì)法是一種統(tǒng)計(jì)簡單，但精度低的統(tǒng)計(jì)方法，適用于對(duì)儲(chǔ)量估算要求低的地方，計(jì)算公式為

式中：Q、S、P、K分別為儲(chǔ)量(t)、儲(chǔ)量計(jì)算面積(m2)、平均含煤密度(t/m2)、改正系數(shù)。

或者為:

式中：Q、V、M、K分別為儲(chǔ)量(t)、煤層體積（m3）、煤系地層中單位體積的平均含煤數(shù)量(t/m3)、改正系數(shù)［4-7］。

2.2.5 克里金方法

克里金法是一種最優(yōu)、線性、無偏內(nèi)插估計(jì)量的方法，在煤礦儲(chǔ)量估算中常用的是普通克里金法。計(jì)算公式為:

式中：M*、μi、Mi分別為待估塊段的估計(jì)值、疊加加權(quán)因子、估塊段影響范圍內(nèi)的已知樣品值。

2.2.6 SD 資源儲(chǔ)量估算法

基本原理是對(duì)斷面進(jìn)行幾何形變處理，采用樣條函數(shù)對(duì)構(gòu)造性地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行擬合，并采用積分估算的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)礦產(chǎn)資源的定量評(píng)估，該方法適用于形態(tài)簡單，成礦連續(xù)性較好，或用于礦產(chǎn)勘查及詳細(xì)勘查階段的儲(chǔ)量估計(jì)。使用SD 法進(jìn)行資源儲(chǔ)量估算時(shí)可以借助SD 法軟件系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施［8-9］。

2.3 估算方法、參數(shù)的確定

由于同忻礦井田煤層傾角2°～22°，多數(shù)小于15°，屬近水平煤層，故采用地質(zhì)塊段法估算資源儲(chǔ)量。

1） 面積的確定。采用MAPGIS 繪圖軟件在1∶10 000 的煤層底板等高線及資源儲(chǔ)量估算圖上直接拓?fù)涠?，作為塊段資源儲(chǔ)量的估算面積。

2）厚度的確定。采用塊段內(nèi)所利用的勘探工程見煤點(diǎn)厚度的算術(shù)平均值，當(dāng)塊段內(nèi)有最低可采邊界線時(shí)，則加入相應(yīng)的最低可采點(diǎn)厚度參與估算［10］。

3）視密度的確定。區(qū)內(nèi)所有見煤鉆孔煤芯煤樣視密度測(cè)定值之算術(shù)平均值見表3。

表3 各煤層視密度測(cè)定值之算術(shù)平均值

2.4 幾種邊界線的確定

幾種邊界線的確定見表4。

表4 邊界線的確定

2.5 資源儲(chǔ)量的劃分

井田構(gòu)造復(fù)雜程度屬一類簡單構(gòu)造，主要可采煤層3-5、8 號(hào)煤層屬II 型較穩(wěn)定。根據(jù)《DZ/T 0215-2020 礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范煤》, 劃分各類型資源儲(chǔ)量的基本線距見表5。

表5 各類型資源儲(chǔ)量的基本線距

2.6 資源儲(chǔ)量估算結(jié)果

經(jīng)過估算和查閱相關(guān)資料，同忻礦井田范圍內(nèi)山2、山4、2、3 - 5、8、9 號(hào)煤層共計(jì)累計(jì)查明資源儲(chǔ)量113 113 萬t，其中保有儲(chǔ)量為100 440 萬t，累計(jì)消耗資源儲(chǔ)量12 673 萬t。保有資源儲(chǔ)量中探明資源量35 253 萬t，控制資源量26 304 萬t,推斷資源量38 883 萬t，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表6。

表6 資源儲(chǔ)量估算詳細(xì)數(shù)據(jù)

3 結(jié) 果

同忻礦煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚，傾角平緩，井田范圍內(nèi)保有資源儲(chǔ)量為100 440 萬t（保有資源儲(chǔ)量中探明資源量35 253 萬t，控制資源量26 304 萬t，推斷資源量38 883 萬t），可采指數(shù)采用0.59，經(jīng)轉(zhuǎn)換計(jì)算：現(xiàn)井田范圍內(nèi)證實(shí)儲(chǔ)量為20 799 萬t；可信儲(chǔ)量為15 519 萬t。

4 結(jié) 論

煤炭儲(chǔ)量估算工作至關(guān)重要，關(guān)系到投資計(jì)劃、地質(zhì)勘查、開采設(shè)計(jì)等重要環(huán)節(jié)，不僅對(duì)整個(gè)開采作業(yè)的進(jìn)度、效率有重要影響，而且對(duì)煤炭資源的利用效果也有影響，對(duì)煤炭儲(chǔ)量的進(jìn)行估算，需要結(jié)合煤礦行業(yè)的實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀、開采工作的實(shí)際情況等因素，合理選擇煤礦儲(chǔ)量計(jì)算方法以提升煤礦儲(chǔ)量計(jì)算的精度。文章研究中，對(duì)同忻礦采礦許可證批準(zhǔn)的全井田范圍做出了詳細(xì)估算，為提高煤礦管理、開采設(shè)計(jì)水平、資源回收利用率提供重要參考價(jià)值，對(duì)其他煤礦儲(chǔ)量估算也具有重要參考意義。