綜合勘探法在三聚盛煤礦地質(zhì)勘探的應(yīng)用

仝新民

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 三聚盛煤業(yè)公司,太原 030000)

隨著我國(guó)煤礦井下高產(chǎn)高效綜采技術(shù)的全面推廣,煤礦井下煤層地質(zhì)構(gòu)造勘探對(duì)煤礦安全高效開采影響越來越顯著。目前常規(guī)的地質(zhì)鉆探孔較淺,鉆孔的軌跡難以精確地測(cè)量,可能會(huì)導(dǎo)致巷道超前探測(cè)不明,從而影響到煤礦巷道的安全高效掘進(jìn)[1]。石智軍[2]等研究了隨鉆測(cè)量定向鉆進(jìn)技術(shù)在煤礦井下地質(zhì)勘探中的應(yīng)用,葉永露[3]研究了鉆探施工及分析在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)采用地質(zhì)鉆探為主,測(cè)井為輔,同時(shí)結(jié)合各類樣品測(cè)試等綜合勘探手段,探明煤層賦存特征及風(fēng)氧化帶范圍[4],從而為礦井開采及首采區(qū)布置提供可靠的地質(zhì)資料。

1　一采區(qū)概況

三聚盛煤業(yè)公司是山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)太原公司的主力基建礦井之一,根據(jù)批復(fù)的變更設(shè)計(jì),在巷道開拓布置上,由于接近井田邊界,受風(fēng)氧化帶影響,地質(zhì)條件發(fā)生了較大變化,特別是揭露的9#煤頂?shù)装鍘r性及煤層賦存厚度均出現(xiàn)了較大的變化,與設(shè)計(jì)采用的地質(zhì)報(bào)告有較大的出入。隨著巷道逐漸延伸,給巷道的施工及首采面的布置造成了較大的困難。雖然全井田范圍內(nèi)地質(zhì)勘探程度已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,但在一采區(qū)由于煤層接近露頭地質(zhì)條件復(fù)雜,加之對(duì)該采區(qū)巖層賦存特征、風(fēng)氧化帶范圍控制程度較低，以及煤層缺失范圍不明等因素影響,勘探及試采中所揭露的礦井地質(zhì)情況與原勘探報(bào)告有出入,因此,對(duì)三聚盛煤業(yè)公司一采區(qū)實(shí)施地質(zhì)補(bǔ)勘,進(jìn)一步查明煤層及頂?shù)装遒x存特征及煤層風(fēng)氧化帶范圍是非常必要的。這一工作對(duì)于進(jìn)一步完善首采面的布置、保證礦井安全建設(shè)、按期完成礦井驗(yàn)收具有重要價(jià)值。

三聚盛煤業(yè)公司設(shè)計(jì)開拓煤層為9#煤,水文類型中等,地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。一采區(qū)位于井田南部,上覆下伏無可采煤層,低于奧灰水位。在井田南部(一采區(qū)南部)9#煤出露,形成風(fēng)氧化帶。地質(zhì)報(bào)告論述煤層平均厚度11 m,9#煤頂板為L(zhǎng)3灰?guī)r,地層產(chǎn)狀大致為一個(gè)次一級(jí)寬緩的褶曲,而巷道施工揭露煤層頂板為泥巖、桃花泥巖互層,地層起伏、煤層厚薄有明顯變化。

2　一采區(qū)地質(zhì)補(bǔ)勘施工項(xiàng)目方案

項(xiàng)目實(shí)施方案由三聚盛煤業(yè)公司提出,委托山西地寶能源有限公司進(jìn)行設(shè)計(jì),并負(fù)責(zé)鉆探工程施工,提交勘探成果。根據(jù)前期地質(zhì)資料及礦井建設(shè)揭露的地質(zhì)條件,結(jié)合地形,重點(diǎn)考慮初步設(shè)計(jì)的首采面位置進(jìn)行補(bǔ)充勘探,本次設(shè)計(jì)4個(gè)勘探鉆孔,分別布置在首采面內(nèi)及其周圍,以地質(zhì)鉆探為主,測(cè)井為輔,同時(shí)結(jié)合各類樣品測(cè)試等綜合勘探手段,探明煤層賦存特征及風(fēng)氧化帶范圍。設(shè)計(jì)鉆探工程量675 m,其中1號(hào)孔155 m,2號(hào)孔100 m,3號(hào)孔210 m,4號(hào)孔210 m,均為地質(zhì)鉆孔。分別采取9#煤煤芯煤樣和9#煤頂板以上30 m、底板以下30 m 巖樣進(jìn)行分析,測(cè)定巖石物理力學(xué)指標(biāo)。

3　現(xiàn)場(chǎng)施工及技術(shù)要求

首先由地質(zhì)技術(shù)負(fù)責(zé)人根據(jù)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘定樁,其次施工單位負(fù)責(zé)設(shè)備到場(chǎng)安裝,施工沉淀水池、蓄水池等配套設(shè)施,礦方負(fù)責(zé)整平場(chǎng)地、修整道路、水電供應(yīng),最后由監(jiān)理方負(fù)責(zé)監(jiān)督、驗(yàn)收。

施工過程中三聚盛煤業(yè)公司地質(zhì)技術(shù)負(fù)責(zé)人一天兩次對(duì)施工鉆孔現(xiàn)場(chǎng)勘查,分析辨認(rèn)地層層位、巖性特征,測(cè)量鉆孔深度,每日上報(bào)工程進(jìn)度及揭露的巖性特征。在揭露煤層時(shí)連同監(jiān)理方、施工方共同驗(yàn)收煤樣提取、收集的完整率,檢查施工記錄,分析水位、鉆孔漏水等具體情況,編制施工日志。鉆孔揭露煤層再向下施工30 m后終止,通知測(cè)井,三方共同驗(yàn)收鉆孔的深度、煤巖取芯率,根據(jù)測(cè)井資料分析鉆探記錄土層距離、巖石巖性層位、揭煤點(diǎn)位置及鉆孔傾斜度,對(duì)提取的煤巖芯礦方拍照保存,便于為今后礦井生產(chǎn)地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、判斷揭露的地層層位提供依據(jù)。

施工過程中,BK2號(hào)鉆孔累計(jì)施工96.7 m,穿過本溪組進(jìn)入奧灰2.5 m停止,未探測(cè)到煤層,經(jīng)礦方與施工方研究決定,在BK1與BK2之間補(bǔ)打了BK5鉆孔,進(jìn)一步探明、驗(yàn)證,推斷BK2無煤區(qū)的范圍。

4　勘探成果評(píng)價(jià)

本次共施工5個(gè)鉆孔,鉆孔編號(hào)依次為:BK1、BK2、BK3、BK4、BK5,鉆探總工程量754.71 m,物探測(cè)井實(shí)測(cè)米數(shù)707.20 m, 補(bǔ)充勘探工作量，如表1所示。

表1　補(bǔ)充勘探工作量表Table 1　Workload of geological supplement exploration

5個(gè)鉆孔中有4個(gè)鉆孔采取了9#煤層煤芯煤樣,BK2鉆孔中9#煤層被風(fēng)化剝蝕。根據(jù)鉆探工程控制,9#煤層上部的4#、7#煤層均已尖滅、剝蝕,賦煤區(qū)分布于一采區(qū)大部,東部、南部局部有剝蝕無煤區(qū),確定了風(fēng)氧化帶的范圍。補(bǔ)勘前等高線圖及風(fēng)氧化帶預(yù)測(cè)圖見圖1。

圖1　補(bǔ)勘前等高線圖及風(fēng)氧化帶預(yù)測(cè)圖Fig.1　Contour map before supplement exploration and predication of efflorescent oxygenized belts

一采區(qū)9#煤層探測(cè)煤層厚度為3.60 m～11.70 m,平均8.80 m;在中南部-南部的BK1號(hào)鉆孔一帶煤層厚度相對(duì)較薄,有向四周逐漸增厚的趨勢(shì)。9#煤層頂板巖性局部為L(zhǎng)1石灰?guī)r或泥灰?guī)r,大部分為泥巖、砂質(zhì)泥巖;底板巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖[5-6]。探明一采區(qū)發(fā)育4個(gè)次一級(jí)寬緩的褶曲,地層較平緩,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度類型為簡(jiǎn)單類型。根據(jù)鉆探成果修改了采掘工程平面圖,由原來一個(gè)次一級(jí)寬緩的褶曲,更改為4個(gè)次一級(jí)寬緩的褶曲。補(bǔ)勘后等高線圖及風(fēng)氧化帶預(yù)測(cè)圖見圖2。

圖2　補(bǔ)勘后等高線圖及風(fēng)氧化帶預(yù)測(cè)圖Fig.2　Contour map after supplement exploration and predication of efflorescent oxygenized belts

5　結(jié)論

本次施工了5個(gè)鉆孔,終孔深度均在9#煤層下30 m以上,其中BK1、BK4、BK5號(hào)鉆孔終孔層位均在本溪組,BK2號(hào)鉆孔終孔層位在峰峰組,BK3號(hào)鉆孔終孔層位在太原組鉆孔的封孔工作全部按照規(guī)程要求進(jìn)行封閉,經(jīng)驗(yàn)收評(píng)級(jí):甲級(jí)孔3個(gè),乙級(jí)孔2個(gè)。

1)在充分收集和利用以往地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,主要是根據(jù)本次補(bǔ)充勘探所施工的5個(gè)鉆孔成果,對(duì)一采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、煤層、煤質(zhì)、水文地質(zhì)、風(fēng)氧化帶及開采技術(shù)條件等進(jìn)行了補(bǔ)充性的研究,總體評(píng)價(jià)了一采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育類型、煤質(zhì)特征、9#煤層(頂、底)板特征,探明和控制了經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)儲(chǔ)量,為礦井首采面布局及今后一采區(qū)開采、設(shè)計(jì)提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。

2)一采區(qū)補(bǔ)充勘探施工完成后,配合山西地寶能源有限公司編制完成了《山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)三聚盛煤業(yè)有限公司一采區(qū)地質(zhì)補(bǔ)勘報(bào)告》,在通過了集團(tuán)公司組織的專家組評(píng)審后,集團(tuán)公司以(晉能煤管函[2017]293號(hào))號(hào)文進(jìn)行了批復(fù)。本次補(bǔ)勘從設(shè)計(jì)、施工到批復(fù),歷時(shí)三個(gè)月,投資70余萬元,為下一步礦井的建設(shè),特別是一采區(qū)工作面的布置提供了有力的依據(jù),補(bǔ)勘工作及成果達(dá)到了預(yù)定效果。

3)通過補(bǔ)充勘探,資料的對(duì)比,一采區(qū)的地質(zhì)特征變化較明顯,設(shè)計(jì)的首采面部分處于風(fēng)氧化帶內(nèi)。該報(bào)告為礦井建設(shè)規(guī)劃提供了真實(shí)資料,減少了礦井投資成本,使礦井盡快進(jìn)入驗(yàn)收階段。