深部構(gòu)造復(fù)雜區(qū)煤炭資源勘查方法研究

汪國(guó)順*，竇新釗

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深部構(gòu)造復(fù)雜區(qū)煤炭資源勘查方法研究

汪國(guó)順*，竇新釗

（安徽省煤田地質(zhì)局勘查研究院，安徽合肥，230088）

分析了張樓單集井田煤層及構(gòu)造特征對(duì)勘查手段和勘查模式的影響，強(qiáng)調(diào)區(qū)域地質(zhì)背景和勘查區(qū)內(nèi)已有資料研究的重要性,強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)快速勘查對(duì)地質(zhì)開采技術(shù)條件信息的獲取。對(duì)張樓單集井田的勘查方法、鉆探工程勘查線距、鉆探工程的布置、地質(zhì)信息采集等特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，提出了構(gòu)造復(fù)雜性、煤層賦存規(guī)律是影響深部構(gòu)造復(fù)雜區(qū)鉆探工程布置的主要因素，建立了深部構(gòu)造復(fù)雜區(qū)的勘查模式，即：對(duì)區(qū)域構(gòu)造格局和淺部地質(zhì)資料、勘查區(qū)內(nèi)已有地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析研究，采取先地震勘查，再鉆探驗(yàn)證，并輔以測(cè)井檢測(cè)、采樣測(cè)試等方法的綜合模式。

深部；煤炭資源；構(gòu)造復(fù)雜區(qū)；張樓單集；勘查方法；鉆孔布置

引言

淮北煤田是我國(guó)重要的能源基地之一，煤礦開采已有50多年的歷史，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。截止到2014年，生產(chǎn)礦井和在建礦井60處，保有資源量1098111萬t,占已探明的淮北煤田保有資源量的80.2%。已探明的煤炭資源量很大一部分在-1000m以下，隨著淺部資源開采殆盡，礦井生產(chǎn)急需深部資源接續(xù)，因此，在深部構(gòu)造復(fù)雜區(qū)的勘查是今后的重點(diǎn)，但其勘查難度和風(fēng)險(xiǎn)非常大。例如，淮北煤田張樓單集井田就是深部構(gòu)造復(fù)雜區(qū)勘查的成功范例：井田被大型斷裂構(gòu)造切割成幾個(gè)斷塊，構(gòu)造復(fù)雜，煤層賦存條件變化較大，煤層埋藏深度一般在-280以深?？偨Y(jié)張樓單集井田的勘查方法，對(duì)今后安徽省兩淮煤田乃至我國(guó)東部地區(qū)深部復(fù)雜區(qū)煤炭資源勘查具有重要的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

淮北煤田位于華北板塊徐淮地塊內(nèi)的淮北斷褶帶中，東部接近郯廬斷裂和雙溝推覆帶,南與蚌埠隆起相毗鄰。除煤田的東部邊緣地區(qū)外，區(qū)內(nèi)構(gòu)造的形成和發(fā)展主要表現(xiàn)為板內(nèi)構(gòu)造變形。而其控煤構(gòu)造主要表現(xiàn)為斷塊、褶皺控煤構(gòu)造和滑脫控煤構(gòu)造三種形式。其主體構(gòu)造線有近EW向和NEE兩組（圖1），地層屬華北地層大區(qū)東南緣的黃淮地層區(qū)，除中奧陶世晚期至早石炭世地層缺失外，其它各時(shí)代地層發(fā)育齊全。

圖1 淮北煤田地質(zhì)構(gòu)造綱要圖圖

Figure 1 Structural outline map of Huaibei Coalfield

2 井田地質(zhì)特征

2.1 地層特征

區(qū)內(nèi)基巖均隱伏于新生界松散層之下，經(jīng)鉆孔揭露，地層自下而上分別為奧陶系老虎山組，石炭系本溪組、太原組，二疊系山西組、下石盒子組、上石盒子組、孫家溝組。局部地段發(fā)育有古近系“紅層”，“紅層”厚度變化大，兩極厚度0～653.00m。第四系與新近系地層厚度為172.00m～326.85m，含煤地層主要為二疊系的上、下石盒子組和山西組。含煤地層揭露最大厚度為830m，含煤26層，含煤系數(shù)為2.2%。

2.2 構(gòu)造特征

張樓單集井田位于淮北煤田西部的渦陽礦區(qū)內(nèi)，井田邊界均為大型斷裂構(gòu)造，東界有黃殷斷層，西界有馬寨斷層，北界有孟集斷層和趙樓斷層，南界有中心集斷層（見圖1）。井田構(gòu)造形態(tài)主要受區(qū)域構(gòu)造控制。區(qū)域性豐渦斷層由北向南穿過井田并與高爐斷層、單集斷層和F4斷層，將井田煤系地層切割成網(wǎng)格狀斷塊，斷塊往往呈塹壘結(jié)構(gòu)(圖2、圖3)。斷塊內(nèi)大斷層常伴生小構(gòu)造，且發(fā)育次級(jí)褶曲。斷層性質(zhì)均為正斷層，走向與區(qū)域構(gòu)造相近，主要走向?yàn)榻麰W向和NNE、NNW向。地層走向在不同斷塊表現(xiàn)不同，主要有近SN向和EW向，地層傾角一般為10～25°，可采煤層的埋深在不同斷塊內(nèi)變化較大，在高爐斷層以北，煤層埋深標(biāo)高在-900m以淺；在高爐斷層與F4斷層之間，煤層埋深標(biāo)高在-1000m以深；F4斷層以東，煤層埋深標(biāo)高在-280m以深。

井田內(nèi)巖漿巖較發(fā)育，巖漿常沿7、8煤層或其頂、底板軟巖層侵入，對(duì)煤層結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，受巖漿的影響，煤層變薄，或變質(zhì)為天然焦。

圖2 張樓單集井田造綱要圖

Figure 2 Structural outline map of Zhanglou-Shanji Minefield

圖3 張樓單集24勘查線構(gòu)造剖面

圖4 張樓單集S3勘查線構(gòu)造剖面

3 井田勘查方法

井田煤系地層完全隱伏于新生界松散層下，地勢(shì)平坦，潛水面較淺，在潛水面下3～5m，多為粘土質(zhì)砂與粉砂互層，淺層地震波激發(fā)條件較好。區(qū)內(nèi)煤系地層沉積較穩(wěn)定，深層地震激發(fā)條件較好，有五組可連續(xù)追蹤對(duì)比的反射波（組），能有效解譯深部煤層形態(tài)和識(shí)別斷裂構(gòu)造。區(qū)內(nèi)測(cè)井曲線煤巖層間特性差異明顯，具有多種不同的形態(tài)和異常組合特征，利用測(cè)井曲線能可靠的劃分巖（煤）層的巖性，確定巖（煤）層的厚度和深度。因此，采用地震、鉆探、測(cè)井、采樣測(cè)試等手段相結(jié)合，即“地震先行、鉆探驗(yàn)證、測(cè)井檢測(cè)”的綜合勘查方法。其中地震主要解決構(gòu)造問題，鉆探、測(cè)井和采樣測(cè)試相結(jié)合解決地層、煤層、煤質(zhì)、水文地質(zhì)和工程地質(zhì)等其它問題。本次勘查是在普查基礎(chǔ)上，將詳查與勘探統(tǒng)籌考慮，為加快勘查進(jìn)度，在總的勘查費(fèi)用不變情況下，分步實(shí)施，并保留一定數(shù)量機(jī)動(dòng)鉆孔，以便勘查中對(duì)設(shè)計(jì)調(diào)整。

3.1 鉆探工程勘查線距選擇

影響鉆探工程勘查線距布置的主導(dǎo)因素是井田內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜程度和煤層的穩(wěn)定性。井田構(gòu)造類型總體為斷塊構(gòu)造，斷塊內(nèi)地層基本呈單斜，地層主要傾向NNW和NNW，傾角一般為10～20°。以斷裂構(gòu)造為主，落差大于等于20m斷層121條，其中落差大于等于100m的斷層39條，落差大于等于50m而小于100m的斷層54條。僅發(fā)育小型次級(jí)褶曲，局部有巖漿巖，構(gòu)造復(fù)雜程度為中等，局部偏復(fù)雜。井田內(nèi)含可采煤層7層：3-1、3-2、7、8、10-1、10-2、11煤層，可采煤層平均總厚為8.23m，其中3-2、7、8、10-2煤層為較穩(wěn)定煤層，平均總厚6.07m，占可采煤層總厚的 73.6％。以厚度占優(yōu)勢(shì)的較穩(wěn)定煤層來選擇基本線距。因此，確定井田基本勘查線距為500m～1000m，布置勘查線應(yīng)盡可能垂直于線狀構(gòu)造。

3.2 鉆探工程布置

鉆探工程是勘查煤層和構(gòu)造的最有效方法，在布置鉆孔時(shí)應(yīng)做到目的明確、重點(diǎn)突出、兼顧一般、一孔多用，以較少的鉆探工程解決較多的地質(zhì)問題，有針對(duì)性的布置，并盡可能布置在地震測(cè)網(wǎng)的交點(diǎn)或地震測(cè)線上。便于對(duì)鉆探與地震資料綜合研究，精準(zhǔn)控制煤層分布和構(gòu)造展布，以較小的工程費(fèi)用最大化地獲取煤層、構(gòu)造、水文和煤質(zhì)、瓦斯、工程地質(zhì)條件等信息。為此，要盡可能收集周邊礦井的煤層與構(gòu)造資料，結(jié)合井田先期地震資料和淺部的鉆孔資料，綜合分析研究井田煤層賦存特征和構(gòu)造特點(diǎn)，以減少勘查成本，降低勘查風(fēng)險(xiǎn)。

由于受復(fù)雜構(gòu)造的影響，煤層在不同斷塊內(nèi)埋葳深度變化較大。布置鉆孔時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮煤層埋藏相對(duì)較淺、含煤面積大，資源量占優(yōu)的塊段作為重點(diǎn)區(qū)塊，由淺到深，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，重點(diǎn)布置鉆孔，鉆孔密度受構(gòu)造對(duì)煤層控制程度的影響而變化。在重點(diǎn)區(qū)段的深部或其它煤層埋藏較深的塊段，可依據(jù)淺部或相鄰塊段的煤層賦存規(guī)律和構(gòu)造發(fā)育特點(diǎn)，推斷深部或相鄰斷塊的含煤地層聚煤規(guī)律，有選擇地布置鉆孔。

深部勘查費(fèi)用高，鉆孔要盡可能多的獲取地質(zhì)信息。為更好完成本次勘查任務(wù)，在勘探階段中期，由煤礦設(shè)計(jì)院提出井田初步設(shè)計(jì)方案。依據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)增加了采取井底車場(chǎng)和大巷的巖石物理力學(xué)性質(zhì)樣。深部煤層瓦斯含量往往比淺部高，增加深部煤層瓦斯樣采取的數(shù)量。

3.3 勘查結(jié)果

采用上述勘查方法和鉆孔布置原則，井田內(nèi)共施工鉆孔135個(gè)，工程量109938.60m。經(jīng)過本次勘探，控制了井田邊界斷層、詳細(xì)查明先期開采地段內(nèi)落差等于和大于30m的斷層，詳細(xì)查明了可采煤層的層位、厚度和可采范圍。井田獲得煤炭資儲(chǔ)量37314萬t,另獲天然焦資源量3211萬t，可供建設(shè)180萬t/a的大型礦井。經(jīng)濟(jì)效益顯著。

４ 結(jié)束語

（1）對(duì)于深部構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，要根據(jù)勘查區(qū)的構(gòu)造特征和煤層的賦存狀態(tài)，從區(qū)域構(gòu)造背景入手，加強(qiáng)對(duì)區(qū)域構(gòu)造格局和控煤構(gòu)造式樣的研究。對(duì)井田內(nèi)已有的各類地質(zhì)資料和周邊礦井地質(zhì)資料要進(jìn)行綜合分析研究，合理使用。

（2）在勘查手段選擇上，采取先地震勘查后鉆探驗(yàn)證，輔以測(cè)井、采樣等其它方法。針對(duì)深部構(gòu)造復(fù)雜區(qū)的煤炭資源特點(diǎn)，增加獲取地質(zhì)開采技術(shù)條件信息。

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Study on Exploartion Methods of Coal Resources in Deep Structure Complex Area

ＷANG Guoshun*, DOU Xinzhao

(Exploration and Research Institute, Anhui Bureau of Coal Geological Exploration, Anhui Hefei, 230088,China)

The influence of coal seam and structural features on exploration method and exploration model in Zhanglou-Shanjicoal mine is analyzed, the importance of studying regional geological background and existing data in exploration area is emphasized, and emphasis is given to the acquisition of technical conditions for geological mining by rapid economic exploration. This paper systematically summarizes the prospecting methods, the distance of drilling engineering survey, the arrangement of drilling engineering, and the collection of geological information, pointed out that the complexity of structure and the law of occurrence of coal deposits are the main factors that affect the layout of drilling engineering in complex structures of deep structures, and set upthe exploration model of deep structure complex area. The exploration model is based on the analysis of regional tectonic framework and shallow geological data. It is a comprehensive study of seismic prospecting, drilling and verification, along with logging, sampling and testing.

deep part; coal resource; structure complex area; Zhanglou-Shanji coal mine; exploration method; drilling arrangement

ＷANG Guoshun, DOU Xinzhao. Study on Exploartion Methods of Coal Resources in Deep Structure Complex Area[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 174-175.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.071

TD166

Ａ

1672-9129(2017)05-0174-02

2017-01-17；

2017-02-20。

汪國(guó)順（1963-），男，安徽東至人，畢業(yè)于淮南礦業(yè)學(xué)院煤田地質(zhì)勘查專業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事煤田地質(zhì)勘查與研究工作。E-mail: 908150482@qq.com

汪國(guó)順, 竇新釗. 深部構(gòu)造復(fù)雜區(qū)煤炭資源勘查方法研究[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì), 2017, 6(5): 174-175.