山西沁水煤田龍山井田勘探技術(shù)研究及報(bào)告

張迎春

（山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西榆次030620）

1 緒論

1.1 勘查目的

為了促進(jìn)晉城市探礦權(quán)市場(chǎng)的建立，保證地方所得礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)主要用于地質(zhì)勘查，當(dāng)?shù)卣疀Q定對(duì)陽(yáng)城縣龍山井田進(jìn)行勘探。要求按中型礦井的開采規(guī)?？碧剑敿?xì)查明區(qū)內(nèi)主采煤層3號(hào)、15號(hào)煤層的厚度和煤質(zhì)煤類，并確定利用方向，對(duì)井田內(nèi)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件做出評(píng)價(jià)。為煤礦建設(shè)可行性研究和初步設(shè)計(jì)提供地質(zhì)依據(jù)。

1.2 勘探任務(wù)

根據(jù)現(xiàn)行的DZ/T0215-2002《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》，確定本次3號(hào)、15號(hào)、16號(hào)煤層最終勘探任務(wù)為：

（1）控制井田邊界構(gòu)造；詳細(xì)查明先期開采地段內(nèi)落差等于和大于30m的斷層。

（2）控制先期開采地段等高距為10m的煤層底板等高線。

（3）詳細(xì)查明可采煤層層位和厚度變化，確定其連續(xù)性，控制先期開采地段內(nèi)煤層的可采范圍。

（4）詳細(xì)查明可采煤層的煤類、煤質(zhì)特征及其先期開采地段內(nèi)的變化，著重研究與煤的開采、洗選、加工、運(yùn)輸、銷售以及環(huán)境保護(hù)等有關(guān)的煤質(zhì)特征和工藝性能，并做出相應(yīng)評(píng)價(jià)。

（5）詳細(xì)查明井田水文地質(zhì)條件，評(píng)價(jià)礦井充水因素，預(yù)算先期開采地段涌水量，預(yù)測(cè)開采過(guò)程中發(fā)生突水的可能性及地段，評(píng)述開采后水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)條件的可能變化，評(píng)價(jià)礦井水的利用可能性及途徑。

（6）詳細(xì)研究先期開采地段可采煤層頂?shù)装宓墓こ痰刭|(zhì)特征、煤層瓦斯、煤的自燃趨勢(shì)、煤塵爆炸危險(xiǎn)性等開采技術(shù)條件，并做出相應(yīng)評(píng)價(jià)。

（7）基本查明可采煤層微量元素的賦存情況及其他有益礦產(chǎn)的賦存情況。

（8）估算各可采煤層的探明的、控制的、推斷的資源量。

（9）提交《山西省沁水煤田陽(yáng)城縣龍山井田煤炭勘探地質(zhì)報(bào)告》。

1.3 位置交通

1.3.1 位置及范圍

龍山井田位于陽(yáng)城縣北西部直距約20km處，行政區(qū)劃為陽(yáng)城縣芹池鎮(zhèn)的史家莊村后曹溝—寺頭鄉(xiāng)的安上村后莊一帶，行政隸屬陽(yáng)城縣芹池鎮(zhèn)、寺頭鄉(xiāng)管轄，面積為18.24km2。

1.3.2 交通

陽(yáng)翼高速公路、沁水—陽(yáng)城縣級(jí)公路從井田南部界外邊緣經(jīng)過(guò)，運(yùn)輸較為便利。

1.4 自然地理及經(jīng)濟(jì)狀況

1.4.1 氣象水文

本區(qū)屬東亞季風(fēng)區(qū)暖濕帶半濕潤(rùn)地區(qū)，大陸性氣候顯著，四季分明。井田內(nèi)水系均屬黃河流域沁河水系。

1.4.2 地形地貌

井田位于太行山南端，地形切割強(qiáng)烈，溝谷發(fā)育。

2 區(qū)域地質(zhì)和井田地質(zhì)

2.1 井田地層

根據(jù)井田內(nèi)鉆孔揭露的地層，由老至新為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組、峰峰組；石炭系中統(tǒng)本溪組，上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組。

2.2 井田構(gòu)造

井田內(nèi)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，主要表現(xiàn)為傾向南東的單斜構(gòu)造，井田西部地層傾角較緩，小于8°，東南部地層傾角為10°左右，局部13°。

3 勘探工作及其質(zhì)量評(píng)述

本項(xiàng)目前后組織了3臺(tái)鉆機(jī)進(jìn)行施工，施工鉆孔13個(gè)，共投入資金1456.6萬(wàn)元，完成各項(xiàng)實(shí)物工作量見表1。

表1 完成主要實(shí)物工作量統(tǒng)計(jì)表

3.1 勘查方法及工程布置

根據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征及以往周邊勘查成果，本次勘查選擇在1∶10000地質(zhì)填圖的基礎(chǔ)上，以鉆探、物探二維地震、數(shù)字測(cè)井為主要手段，輔以各種樣品的測(cè)試分析研究等一系列手段來(lái)完成各項(xiàng)勘查地質(zhì)任務(wù)。

3.1.1 勘查類型的確定

區(qū)內(nèi)主要可采煤層為3號(hào)、15號(hào)煤層，厚度穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全區(qū)可采。根據(jù)構(gòu)造、煤層2個(gè)主導(dǎo)因素，3、15號(hào)煤層的勘查類型為穩(wěn)定型。

3.1.2 工程布置原則

依照《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》，并結(jié)合井田實(shí)際情況，鉆探工程間距布置如下：

探明的資源量（331）：工程間距為900～1000m；控制的資源量（332）：工程間距為1800～2000m；

推斷的資源量（333）：工程間距為3600～4000m。

勘查工程布置原則：以滿足《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》對(duì)各類資源量相應(yīng)密度的工程點(diǎn)要求，施工原則由淺入深、由稀到密進(jìn)行。為保證各級(jí)資源量比例，盡可能一孔多用。經(jīng)施工驗(yàn)證，工程布置合理，達(dá)到了預(yù)期地質(zhì)目的。

3.2 勘探工程及質(zhì)量評(píng)述

本次勘探共施工鉆孔13個(gè)，鉆探進(jìn)尺11495.15m。其中ZK2和ZK4兩個(gè)水文孔,計(jì)1985.88m。

鉆探工程質(zhì)量按國(guó)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)》進(jìn)行評(píng)價(jià)驗(yàn)收，計(jì)乙級(jí)孔11個(gè)，丙級(jí)孔2個(gè)。各項(xiàng)工程質(zhì)量情況如下所述。

3.2.1 煤層

本區(qū)勘查過(guò)程中鉆孔共見3層主要可采煤層，分別是山西組3號(hào)煤層和太原組15、16號(hào)煤層。綜合采用優(yōu)質(zhì)合格率為100%。

各煤層長(zhǎng)度采取率、重量采取率分別見表2，所有鉆孔都進(jìn)行了測(cè)井，主要可采煤層質(zhì)量鉆探和測(cè)井對(duì)比成果見表3。

表2 3號(hào)和15號(hào)煤層長(zhǎng)度、重量采取率表

表3 主要可采煤層質(zhì)量成果表

3.2.2 巖層

巖芯采取層段，最低采取率為ZK7孔72.89%,最高為ZK2孔82.93%,全區(qū)平均巖芯采取率為77.26%。滿足設(shè)計(jì)需要。

3.2.3 終孔層位

按設(shè)計(jì)要求，共施工13個(gè)鉆孔，水文孔2個(gè)（ZK2、ZK4）和ZK3全孔取芯,其余為煤系地層全取芯。其中ZK4延伸奧灰?guī)r211.09m，ZK2延伸奧灰?guī)r276.55m終孔,ZK3、ZK6、ZK7到本溪組終孔，其余為奧陶系峰峰組灰?guī)r終孔。

3.2.4 孔斜

全區(qū)13個(gè)鉆孔，均進(jìn)行了孔斜和方位角的測(cè)量，全部鉆孔均達(dá)甲級(jí)孔要求。甲級(jí)孔率達(dá)100%。其中終孔孔斜不小于5°的鉆孔，對(duì)煤層、標(biāo)志層、地層界線均進(jìn)行了孔斜換算。符合規(guī)范要求。

3.2.5 孔深校正

所有鉆孔每百米都進(jìn)行了孔深校正，參加驗(yàn)收的各可采煤層均按規(guī)定在見煤前或后10m范圍內(nèi)丈量了鉆具，誤差值均小于1.5‰，并進(jìn)行了校正。

3.2.6 簡(jiǎn)易水文觀測(cè)

全區(qū)13個(gè)鉆孔均進(jìn)行了消耗量和簡(jiǎn)易水文觀測(cè)，觀測(cè)率0.18%～100%,全部達(dá)到乙級(jí)孔要求。

3.2.7 鉆孔封閉

鉆孔終孔后經(jīng)測(cè)井和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收合格后，用325號(hào)以上水泥、細(xì)砂與水按1∶1∶0.7比例配制成水泥砂漿注入孔內(nèi)，全部鉆孔均用水泥砂漿封閉至孔口，封孔質(zhì)量可靠。

3.2.8 原始資料

各種原始資料均按規(guī)定的格式內(nèi)容認(rèn)真填寫，做到及時(shí)準(zhǔn)確、清晰、完整，并經(jīng)過(guò)自檢和“三邊”人員的認(rèn)真核對(duì)與審查，得到了監(jiān)理組和驗(yàn)收組的認(rèn)可和好評(píng)。

4 資源/儲(chǔ)量估算

4.1 資源/儲(chǔ)量估算的工業(yè)指標(biāo)和范圍

4.1.1 估算的工業(yè)指標(biāo)

根據(jù)《中國(guó)煤炭分類》（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5751—2009），井田內(nèi)煤類號(hào)為無(wú)煙煤。按《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》，該井田全部為井下開采，煤層傾角3°～15°（傾角小于25°），故確定資源量估算工業(yè)指標(biāo)如下：

煤層厚度不小于0.80m；

最高灰分（Ad）40%；

全硫（St，d）3%；

最低發(fā)熱量（Qnet.d）22.1MJ/kg。

4.1.2 估算范圍

資源量估算范圍同沁水煤田陽(yáng)城縣龍山井田地質(zhì)調(diào)查證的范圍，估算煤層為全區(qū)穩(wěn)定可采的3號(hào)、15號(hào)煤層及大部可采的16號(hào)煤層。

4.2 資源/儲(chǔ)量估算方法和參數(shù)的確定

4.2.1 估算的方法及公式

井田內(nèi)地層傾角一般為3°～15°。故采用水平投影地質(zhì)塊段法估算各類資源/儲(chǔ)量，估算公式如下：

Q=D×H×S/10000

式中：Q——資源儲(chǔ)量，104t；

D——采用各煤層視密度的平均值；

H——塊段內(nèi)各見煤工程厚度的平均值，m；

S——塊段水平投影面積，m2。

4.2.2 參數(shù)的確定

（1）煤層厚度。以鉆探數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，當(dāng)鉆探質(zhì)量低于測(cè)井質(zhì)量時(shí)，采用測(cè)井成果。煤層厚度采用見煤工程的鉛垂厚度。

煤層中單層厚度小于0.05m的夾矸，可與煤分層合并計(jì)算采用厚度，但并入夾矸以后全層的灰分或發(fā)熱量、硫分應(yīng)符合估算指標(biāo)的規(guī)定。

煤層中夾矸厚度小于煤層最低可采厚度，且煤分層厚度均等于或大于夾矸厚度時(shí)，可將上下分層厚度相加，作為采用厚度。

結(jié)構(gòu)復(fù)雜煤層和無(wú)法對(duì)比的復(fù)煤層，當(dāng)夾矸的總厚度不大于煤分層總厚度的1/2時(shí)，以各煤分層的總厚度作為煤層的采用厚度；當(dāng)夾矸的總厚度大于煤分層總厚度的1/2時(shí)，可按以上規(guī)定處理。

（2）視密度的確定。采用各可采煤層視密度測(cè)定的平均值。3號(hào)煤層的視密度平均值為1.44t/m3，15號(hào)煤層視密度的平均值為1.48t/m3，16號(hào)煤層視密度的平均值為1.46t/m3。

（3）面積的估算。在煤層底板等高線及資源/儲(chǔ)量估算平面圖上，采用水平投影面積，用中國(guó)地大MPGIS軟件，依據(jù)資源/儲(chǔ)量類別所劃分的塊段讀數(shù)求得。

4.3 資源/儲(chǔ)量的分類

井田內(nèi)構(gòu)造屬簡(jiǎn)單類（Ⅰ類），主采煤層（3號(hào)和15號(hào)煤層）為穩(wěn)定型（Ⅰ型）,16號(hào)煤層為較穩(wěn)定型。根據(jù)《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》的要求，各類資源量的分類級(jí)別如下：

（1）探明的資源量。3號(hào)、15號(hào)煤層的厚度、結(jié)構(gòu)已查明，煤層對(duì)比可靠，可采煤層的連續(xù)性已經(jīng)確定，煤類、煤質(zhì)特征及煤的工藝性能已經(jīng)查明；煤層底板等高線已嚴(yán)密控制，落差等于和大于30m的斷層已經(jīng)詳細(xì)查明；以不大于1000m工程間距為探明的資源量。

（2）控制的資源量。3號(hào)、15號(hào)煤層的厚度、結(jié)構(gòu)已基本查明，煤層對(duì)比可靠，煤層的連續(xù)性已經(jīng)基本確定，煤類、煤質(zhì)特征及煤的工藝性能已經(jīng)基本查明；煤層底板等高線已基本控制，落差等于和大于50m的斷層已經(jīng)基本查明；以不大于2000m的工程間距為控制的資源量。

16號(hào)煤層屬較穩(wěn)定煤層，煤層的厚度、結(jié)構(gòu)已基本查明，煤層對(duì)比可靠，煤層的連續(xù)性已經(jīng)基本確定，煤類、煤質(zhì)特征及煤的工藝性能已經(jīng)基本查明；煤層底板等高線已基本控制，落差等于和大于50m的斷層已經(jīng)基本查明；以不大于1000m的工程間距為控制的資源量。

（3）推斷的資源量。3號(hào)、15號(hào)煤層的厚度、結(jié)構(gòu)已初步查明，煤層對(duì)比基本可靠，煤類、煤質(zhì)特征已經(jīng)大致確定；煤層產(chǎn)狀已初步查明，煤層底板等高線已大致控制，以不大于4000m的工程間距為推斷的資源量。

16號(hào)煤層屬較穩(wěn)定煤層，煤層的厚度、結(jié)構(gòu)已初步查明，煤層對(duì)比基本可靠，煤類、煤質(zhì)特征已經(jīng)大致確定；煤層產(chǎn)狀已初步查明，煤層底板等高線已大致控制，以不大于2000m的工程間距為推斷的資源量。

4.4 經(jīng)濟(jì)意義

經(jīng)概略研究，本井田僅具有內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)。

根據(jù)地質(zhì)可靠程度、可行性評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)意義，本井田的資源/儲(chǔ)量分類為：探明的內(nèi)蘊(yùn)資源量（331）、控制的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（332）和推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（333）。

本次報(bào)告資源量估算，3號(hào)、15號(hào)煤層探明的資源量以達(dá)到相應(yīng)見煤點(diǎn)連線外500m劃定的范圍；控制的資源量以達(dá)到相應(yīng)密度的見煤工程點(diǎn)連線外1000m劃定的范圍；達(dá)不到控制資源量者即為推斷的資源量。

16號(hào)煤層控制的資源量以達(dá)到相應(yīng)密度的見煤工程點(diǎn)連線外500m劃定的范圍；達(dá)不到控制資源量者即為推斷的資源量。

對(duì)斷層兩側(cè)50m所圈定的范圍，單獨(dú)劃分為推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（333）。

雖然15、16號(hào)煤層的原煤全硫含量大于3%，在本報(bào)告中按高硫煤對(duì)待，但其資源量的分類采用以上原則。

5 結(jié)論

5.1 勘探成果評(píng)價(jià)

依據(jù)地質(zhì)資料及所收集到的資料，經(jīng)綜合編錄、分析研究編制了本報(bào)告，報(bào)告對(duì)井田地質(zhì)、水文地質(zhì)及開采技術(shù)條件等做了如下結(jié)論認(rèn)識(shí)。

（1）陽(yáng)城縣龍山井田地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，主要可采煤層（3號(hào)、15號(hào)）全區(qū)穩(wěn)定。井田勘探類型應(yīng)屬構(gòu)造簡(jiǎn)單類即第一類，煤層穩(wěn)定型即第一型。以900～1000m孔線距圈定探明的資源量（331），以1800～2000m孔線距圈定控制的資源量（332）是合理的。

（2）詳細(xì)查明了井田內(nèi)地層變化規(guī)律，特別是對(duì)山西組和太原組含煤地層的巖性、含煤性進(jìn)行了綜合分析。

（3）詳細(xì)查明了可采煤層的層數(shù)、層位、厚度、結(jié)構(gòu)及其可采范圍。主要可采煤層層位、厚度穩(wěn)定，對(duì)比可靠。

（4）詳細(xì)查明了各可采煤層的煤質(zhì)特征及其變化規(guī)律，確定了煤的種類。了解了煤的工藝性能，對(duì)煤的工業(yè)用途作也了合理評(píng)價(jià)。

（5）詳細(xì)查明了井田的充水含水層的巖性、厚度、埋藏條件等水文地質(zhì)特征。3號(hào)煤層直接充水含水層為頂板砂巖裂隙含水層。鉆孔單位涌水量為0.0426L/（s·m），井田內(nèi)主要構(gòu)造為斷層，礦區(qū)水文地質(zhì)類型分為2個(gè)類型，即F1斷層以北水文地質(zhì)類型為簡(jiǎn)單類型，F(xiàn)1斷層附近及其以南部分水文地質(zhì)類型為復(fù)雜類型。15、16號(hào)水文地質(zhì)類型為復(fù)雜類型。

（6）研究了3號(hào)和15號(hào)煤層的瓦斯含量及各可采煤層頂?shù)装宓墓こ痰刭|(zhì)特征。

（7）估算了井田內(nèi)可采煤層的煤炭資源量，符合合同和規(guī)范要求。

（8）估算了井田內(nèi)3、15、16號(hào)煤層的煤層氣資源量。

（9）對(duì)區(qū)內(nèi)煤炭資源進(jìn)行了概略經(jīng)濟(jì)研究，其開發(fā)利用價(jià)值巨大。

5.2 存在的問(wèn)題及下一步工作建議

5.2.1 存在的問(wèn)題

（1）由于甲方未提供首采區(qū)范圍，本次勘探未能計(jì)算首采區(qū)的資源量，僅根據(jù)井田地質(zhì)情況，將全井田3號(hào)煤層作為第一水平，在井田西部劃為高級(jí)別資源量區(qū)。

（2）本次勘探鉆孔未進(jìn)行封孔質(zhì)量的透孔檢查，希望以后開采過(guò)程中引起高度重視。

（3）水文地質(zhì)調(diào)查未進(jìn)行至少一個(gè)水文年，應(yīng)加強(qiáng)這方面的工作。

（4）本井田為全部帶壓開采，目前水文孔僅代表了地層完整地段的水文地質(zhì)情況，不能代表構(gòu)造破碎地段的水文地質(zhì)情況。

（5）二維地震勘探在剖面上解釋的斷層，尤其是次生斷層，嚴(yán)格意義上只能是一個(gè)斷點(diǎn)，其斷點(diǎn)在空間上的組合關(guān)系、延伸方向，并不可能像三維地震勘探那樣得到嚴(yán)格的控制，因此，二維地震勘探所能解決構(gòu)造問(wèn)題的局限性，是本次勘探所解釋的斷層其延伸方向不太明確，存在著多解性。

5.2.2 下部工作建議

（1）建議對(duì)首采區(qū)(先期開采地段)進(jìn)行三維地震工作，以查明斷裂、陷落柱發(fā)育情況，控制煤層底板等高線，為礦井設(shè)計(jì)及開采提供更詳細(xì)的地質(zhì)資料。

（2）可采煤層存在奧灰?guī)r溶水帶壓開采，礦井生產(chǎn)需加強(qiáng)導(dǎo)水構(gòu)造的探測(cè)，防止形成底板突水威脅。

（3）井田南部發(fā)育羊泉正斷層，區(qū)內(nèi)走向?yàn)镹55°～66°E，傾向SE，最大斷距為290m，傾角75°。區(qū)內(nèi)無(wú)水文鉆孔控制，其導(dǎo)水性質(zhì)不明。建議在下一步工作中進(jìn)行控制，查明斷層的導(dǎo)水性及富水性。

（4）按照邊生產(chǎn)邊勘探的原則，加強(qiáng)構(gòu)造與水文地質(zhì)方面的研究工作，任何與奧灰水溝通的通道均能引起礦井突水。

（5）井田內(nèi)15、16號(hào)煤層為高硫煤，建議加強(qiáng)煤質(zhì)研究，采取有效的脫硫降硫措施，合理開發(fā)利用資源。