寸草塔煤礦三盤區(qū)物探查明斷層的鉆探驗(yàn)證

解國(guó)強(qiáng)

(神東煤炭集團(tuán)地測(cè)公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

0 引言

為了使寸草塔煤礦開采接續(xù)不受影響，神東煤炭集團(tuán)于2014年和2016年在寸草塔煤礦三盤區(qū)局部地段煤層底板起伏異常區(qū)域進(jìn)行了三維地震勘探，探測(cè)到DF1、DF5和DF6等幾條落差大于10 m的斷層。為進(jìn)一步探明物探斷層在2-2煤、4-2上、5-2煤的位置、產(chǎn)狀、落差及延展范圍，為下一步工作面的合理布置提供地質(zhì)依據(jù)，神東煤炭集團(tuán)決定施工DF1、DF5、DF6物探斷層探測(cè)驗(yàn)證工程。受神東煤炭集團(tuán)委托，地測(cè)公司承擔(dān)本次鉆探施工任務(wù)。

1 探測(cè)區(qū)位置和地質(zhì)

1.1 探測(cè)區(qū)位置

勘探區(qū)域位于寸草塔煤礦三盤區(qū)，由基本獨(dú)立的2小塊組成，第一塊位于三盤區(qū)中南部，為DF1物探斷層探測(cè)驗(yàn)證區(qū)域；第二塊位于三盤區(qū)西南部(靠近井田邊界)，為DF5、DF6物探斷層探測(cè)驗(yàn)證區(qū)域。每塊形狀為矩形，總計(jì)探測(cè)面積約4 km2。

1.2 勘探區(qū)地質(zhì)

地層：井田內(nèi)地層自下而上發(fā)育有三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)組(T3y)、侏羅系中下統(tǒng)延安組(J1-2y)、侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)、白堊系下統(tǒng)志丹群(k1zh)、第三系上新統(tǒng)(N2)和第四系(Q)。其中，侏羅系中統(tǒng)延安組為本區(qū)的含煤地層(J1-2y)，延安組是大型內(nèi)陸湖泊三角洲沉積，沉積旋回結(jié)構(gòu)清晰，故可將含煤地層劃分為5個(gè)中級(jí)旋回(二級(jí))，自下而上劃分為Ⅰ～Ⅴ巖段，含5#～1#煤組，煤層位于各巖段上部或頂部。

構(gòu)造：本區(qū)構(gòu)造形態(tài)總體為一向南西傾斜的近水平產(chǎn)狀的單斜構(gòu)造。地層走向約NW20°，傾向約SW70°，地層傾角1°。無(wú)巖漿巖侵入。據(jù)寸草塔煤礦一、二盤區(qū)井下開采情況，小斷層較為發(fā)育，且方向沒(méi)有規(guī)律。

物探結(jié)果：查明了三盤區(qū)物探區(qū)內(nèi)主要可采煤層中落差大于5 m的斷層，對(duì)區(qū)內(nèi)落差在3～5 m之間的斷層進(jìn)行了解釋，查明了斷層在2-2、4-2上、5-2煤層中的性質(zhì)、落差、延伸方向和范圍。物探區(qū)內(nèi)共計(jì)解釋斷層19條，斷層落差H≥10 m的斷層4條，落差5 m≤H<10 m的斷層13條，落差H<5 m的斷層2條。

煤層：區(qū)內(nèi)含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組(J1-2y)，延安組含煤5組13層，有對(duì)比意義11層，從上至下編號(hào)為1-2上、1-2、2-2、2-2下、3-1上、3-1、4-2上、4-2、4-3、5-2、5-2下，其中全區(qū)可采煤層3層，分別是2-2、4-2上、5-2煤層，局部可采煤層5層，為2-2下、3-1上、3-1、4-2、4-3煤層。其它為不可采煤層。

1.3 鉆探驗(yàn)證的斷層

DF1正斷層：位于探測(cè)區(qū)中部，剖面顯示該斷層錯(cuò)斷2-2、4-2上及5-2煤層。斷層走向?yàn)楸北睎|，傾向南西，傾角65°，由測(cè)區(qū)南向北延伸，2-2煤層斷距在12～22 m、4-2上煤層斷距在8～22 m、5-2煤層斷距在3～20 m，測(cè)區(qū)內(nèi)該斷層在2-2煤層中的延展長(zhǎng)度為2 430 m，4-2上煤層中的延展長(zhǎng)度為2 442 m，5-2煤層中的延展長(zhǎng)度為2 444 m。綜合評(píng)價(jià)該斷層為一可靠斷層。

DF5正斷層：位于探測(cè)區(qū)西南部，走向N45°E，傾向S45°E，傾角75°，同時(shí)錯(cuò)斷2-2、4-2上、5-2煤層；測(cè)區(qū)內(nèi)該斷層在2-2煤層中的落差為0～7 m，4-2上煤層中的落差為0～11 m，5-2煤層中的落差為0～9 m；測(cè)區(qū)內(nèi)該斷層在2-2煤層中的延展長(zhǎng)度為830 m，4-2上煤層中的延展長(zhǎng)度為832 m，5-2煤層中的延展長(zhǎng)度為813 m。綜合評(píng)價(jià)該斷層為一可靠斷層。

DF6正斷層：位于探測(cè)區(qū)西部(靠近井田邊界)，走向N25°E，傾向S65°E，傾角55°～70°，同時(shí)錯(cuò)斷2-2、4-2上、5-2煤層；測(cè)區(qū)內(nèi)該斷層在2-2煤層中的落差為0～26 m，4-2上煤層中的落差為0～25 m，5-2煤層中的落差為0～24 m；測(cè)區(qū)內(nèi)該斷層在2-2煤層中的延展長(zhǎng)度為2 545 m，4-2上煤層中的延展長(zhǎng)度為2 545 m，5-2煤層中的延展長(zhǎng)度為2 400 m。綜合評(píng)價(jià)該斷層為一可靠斷層。

2 勘探工作

2.1 勘探手段的選擇及工程布置

根據(jù)勘探目的及地形地質(zhì)特征，本次勘探手段選擇以機(jī)械取芯鉆探為主，輔以地球物理測(cè)井等手段進(jìn)行。本次探測(cè)驗(yàn)證工程孔的布置原則是在物探斷層的上盤和下盤各布置若干個(gè)鉆孔，盡量和已知鉆孔形成對(duì)孔，達(dá)到探測(cè)驗(yàn)證的目的。因位于DF1斷層上盤距斷層面平均約100 m位置22301回風(fēng)順槽已經(jīng)形成(2-2煤已經(jīng)揭露)，故DF1斷層的上盤不再布置鉆孔，其斷層下盤設(shè)計(jì)鉆孔3個(gè)，分別是BT6、BT7、BT8；鉆孔DF6斷層設(shè)計(jì)鉆孔4個(gè)，其中BT1和BT2號(hào)孔為對(duì)孔，BT3和老孔CK7號(hào)孔為對(duì)孔，BT4和老孔CK15號(hào)孔為對(duì)孔；DF5斷層設(shè)計(jì)鉆孔1個(gè)，孔號(hào)BT5，與老孔B89號(hào)孔組成對(duì)孔。

2.2 勘探工程及質(zhì)量評(píng)定

工程測(cè)量：本次物探斷層鉆探驗(yàn)證工程的測(cè)量工作由地測(cè)公司測(cè)量隊(duì)完成。平場(chǎng)初期及開孔前利用4個(gè)D級(jí)GPS控制點(diǎn)作為起算點(diǎn)，使用RTK測(cè)量確定8個(gè)鉆孔的位置，測(cè)量精度符合規(guī)范要求，達(dá)到優(yōu)良精度。

鉆探工程：本次勘探工作自2017年3月5日開始，至2017年7月21日結(jié)束，完成鉆孔8個(gè)，鉆探工作量2 326.31 m，孔徑均為φ113 mm，其中BT1、BT2、BT3、BT7、BT8終孔層位為2-2煤底板下10 m；BT4、BT5終孔層位為5-2下煤底板下10 m；BT6終孔層位為5-2煤底板下10 m。全部鉆孔均進(jìn)行了地球物理測(cè)井工作，工作量2 313實(shí)測(cè)米。鉆探工程量及質(zhì)量情況統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表1。

煤層：本次勘探竣工鉆孔煤層質(zhì)量按照2007年國(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)》(MT/T1042-2007)，對(duì)厚度≥0.8 m的煤層逐層進(jìn)行評(píng)定，本次可采見(jiàn)煤點(diǎn)共27層次，其中優(yōu)質(zhì)16層次，合格11層次，優(yōu)質(zhì)合格率為100%。煤層質(zhì)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

鉆孔巖芯采取率：勘探設(shè)計(jì)要求煤系地層巖芯采取率≥70%，非煤系地層巖芯采取率≥60%。實(shí)際煤系地層采取率達(dá)到65%～95%，非煤系地層采取率達(dá)到51%～62%，達(dá)到《煤炭地質(zhì)勘查鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(MT/T1042-2007)甲乙級(jí)孔的要求。

表1 鉆探工程量及質(zhì)量情況統(tǒng)計(jì)表

孔斜：測(cè)斜結(jié)果表明，本次竣工的8個(gè)鉆孔孔斜度在0.00°～3.28°之間，均在設(shè)計(jì)要求(5°)以內(nèi)。

終孔層位：本階段施工所有鉆孔終孔層位均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

簡(jiǎn)易水文：本次竣工鉆孔全部進(jìn)行了簡(jiǎn)易水文觀測(cè)，水位觀測(cè)率，消耗量觀測(cè)率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。8個(gè)鉆孔簡(jiǎn)易水文觀測(cè)質(zhì)量均達(dá)到乙級(jí)及以上標(biāo)準(zhǔn)。

鉆孔封閉：本階段施工的所有鉆孔均按工程設(shè)計(jì)及鉆探“規(guī)程”要求封閉。根據(jù)勘探區(qū)內(nèi)的實(shí)際地質(zhì)情況，采用水灰比為1∶0.7純水泥漿封閉，封閉質(zhì)量合格。施工鉆孔孔口埋設(shè)永久性水泥柱標(biāo)志，寫明孔號(hào)。本次鉆探施工，未對(duì)本階段施工鉆孔進(jìn)行啟封檢查。

原始記錄：竣工的8個(gè)鉆孔原始數(shù)據(jù)齊全，原始記錄數(shù)據(jù)齊全，地層、煤層巖芯鑒定描述合理，判層準(zhǔn)確。鉆具丈量符合質(zhì)量要求，鉆具累計(jì)數(shù)據(jù)與丈量數(shù)據(jù)超差時(shí)，進(jìn)行了合理平差。

地球物理測(cè)井：勘探8個(gè)鉆孔測(cè)井任務(wù)由神華地勘公司承擔(dān)，均進(jìn)行了地球物理測(cè)井(電測(cè)井)工作，總工程量為2 313 m。測(cè)井使用PSJ-2型儀器，采用電阻率，散射伽瑪(長(zhǎng)、短源矩)，自然伽瑪?shù)?種曲線對(duì)煤巖層進(jìn)行地質(zhì)解釋，確定煤層深度、厚度及結(jié)構(gòu)，根據(jù)曲線的物性特征，即曲線幅值、幅寬、形態(tài)及組合規(guī)律進(jìn)行煤巖層對(duì)比，同時(shí)測(cè)量鉆孔的天頂角及方位角，確定鉆孔的偏斜度及偏斜方向，所測(cè)煤層均達(dá)優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)井均達(dá)甲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)井工作的各項(xiàng)成果、質(zhì)量較好，可供編制工程總結(jié)。

質(zhì)量評(píng)定：8個(gè)鉆孔鉆探和測(cè)井質(zhì)量等級(jí)經(jīng)驗(yàn)收，3個(gè)孔為甲級(jí)，5個(gè)孔為乙級(jí)，見(jiàn)表1。

2.3 探測(cè)成果

本次物探斷層驗(yàn)證工程共施工8個(gè)鉆孔，通過(guò)鉆孔的巖芯寫實(shí)情況及對(duì)煤層厚度與底板高程的對(duì)比，結(jié)合物探成果，確定了物探斷層發(fā)育情況鉆孔揭露斷層方式分為5種類型，分別為a、b、c、d、e型，如圖1所示。

DF1斷層：根據(jù)物探成果，位于物探DF1斷層上盤距斷層面平均約100 m位置22301回風(fēng)順槽已經(jīng)形成(2-2煤已經(jīng)揭露)，故DF1斷層的上盤沒(méi)有布置鉆孔，在其斷層下盤施工了3個(gè)鉆孔，孔號(hào)分別是BT6、BT7、BT8，3個(gè)鉆孔探測(cè)正常，揭露斷層方式為a型，經(jīng)過(guò)煤巖層對(duì)比，結(jié)合物探成果，經(jīng)2-2煤層底板標(biāo)高計(jì)算分析，2-2煤底板標(biāo)高相差24～28 m。通過(guò)BT6號(hào)和CK43號(hào)鉆孔的各煤層底板標(biāo)高對(duì)比探得此處斷層直接錯(cuò)斷2-2煤、4-2上煤和5-2煤層，兩孔相距約380 m，減掉地層自然傾斜落差(根據(jù)兩孔中間揭露的煤層底板變化，求得地層傾角約1°)，4-2上煤底板標(biāo)高相差約18 m，5-2煤底板標(biāo)高相差約20 m。通過(guò)老鉆孔B99號(hào)和CK42號(hào)鉆孔的各煤層底板標(biāo)高對(duì)比探得此處斷層直接錯(cuò)斷4-2上煤和5-2煤層，B99鉆孔沒(méi)有揭露2-2煤，判斷此孔在此處打在了斷層面上，揭露斷層方式為C型，兩孔相距約417 m，減掉地層自然傾斜落差(根據(jù)兩孔中間揭露的煤層底板變化，求得地層傾角<1°)，4-2上煤底板標(biāo)高相差約21 m，5-2煤底板標(biāo)高相差約19 m。由此，DF1斷層走向、落差、傾角與物探結(jié)果基本一致。DF1斷層物探驗(yàn)證對(duì)孔斷層落差見(jiàn)表2。

DF5斷層：根據(jù)物探成果在斷層上盤布置了一個(gè)鉆孔，孔號(hào)BT5，與B89號(hào)鉆孔組成對(duì)孔，兩孔相距127 m，地層傾角小于1°。鉆孔探測(cè)正常，揭露斷層方式為e型，經(jīng)過(guò)煤巖層對(duì)比，結(jié)合物探成果，經(jīng)各煤層底板標(biāo)高計(jì)算分析，探得斷層直接錯(cuò)斷了2-2煤、4-2上煤和5-2煤層，DF5斷層為正斷層。2-2煤底板標(biāo)高相差約14 m，4-2上煤底板標(biāo)高相差約7 m，5-2煤底板標(biāo)高相差約9 m。斷層走向、落差、傾角與物探結(jié)果基本一致。DF5斷層物探驗(yàn)證對(duì)孔斷層落差見(jiàn)表3。

a-a型；b-b型；c-c型；d-d型；e-e型圖1 鉆孔揭露斷層方式

上盤鉆孔孔號(hào)煤層底板標(biāo)高/m22301回風(fēng)順槽底板標(biāo)高/m下盤鉆孔孔號(hào)煤層煤層底板標(biāo)高距離/m底板落差/m1 019.45BT62-21 046.0617124.221 008BT72-21 036.687728.68 1 012BT82-21 036.0418424.04 CK43944.46BT64-2上967.27288.618.60 890.785-2915.2426220.63 CK42939.67B994-2上967.4441720.77886.935-2912.618.67

表3 DF5斷層物探驗(yàn)證對(duì)孔斷層落差表

DF6斷層：根據(jù)物探成果在斷層上下盤布置了4個(gè)鉆孔，其中BT1和BT2號(hào)孔為對(duì)孔，BT3和老孔CK7號(hào)孔為對(duì)孔，BT4和老孔CK15號(hào)孔為對(duì)孔。鉆孔探測(cè)正常，BT3和老孔CK7號(hào)孔、BT4和老孔CK15號(hào)孔揭露斷層方式為e型，經(jīng)過(guò)煤巖層對(duì)比，結(jié)合物探成果，經(jīng)各煤層底板標(biāo)高計(jì)算分析，DF6斷層為正斷層。BT1和BT2號(hào)孔揭露了1-2上煤、1-2煤、2-2煤，根據(jù)3層煤的底板標(biāo)高、煤層結(jié)構(gòu)、頂?shù)装鍘r性、連續(xù)性和地層傾角，綜合判斷斷層在此處落差變小至殲滅，BT3和老孔CK7號(hào)孔2-2煤底板標(biāo)高相差14 m。通過(guò)BT4號(hào)和CK15號(hào)鉆孔的各煤層底板標(biāo)高對(duì)比探得斷層直接錯(cuò)斷2-2煤、4-2上煤和5-2煤層，兩孔相距160 m，地層傾角小于1°，2-2煤底板標(biāo)高相差約18 m，4-2上煤底板標(biāo)高相差約19 m，5-2煤底板標(biāo)高相差約19 m。斷層走向、落差、傾角與物探結(jié)果基本一致。DF6斷層物探驗(yàn)證對(duì)孔斷層落差見(jiàn)表4。

表4 DF6斷層物探驗(yàn)證對(duì)孔斷層落差表

3 結(jié)論

(1)查明了DF1、DF5、DF6斷層在2-2煤、4-2上煤和 5-2煤的位置、產(chǎn)狀、落差及延展長(zhǎng)度。本次探測(cè)成果確定的DF1斷層走向、落差、傾角及延展長(zhǎng)度與物探結(jié)果基本一致，2-2煤底板落差24～28 m，大于物探成果解釋的12～22 m落差；本次探測(cè)成果確定的DF5斷層走向、落差、傾角及延展長(zhǎng)度與物探結(jié)果基本一致，2-2煤底板落差14 m，大于物探成果解釋的7 m落差；本次探測(cè)成果確定的DF6斷層走向、落差、傾角及延展長(zhǎng)度與物探結(jié)果基本一致，在北北東方向物探邊界處落差變小至殲滅，小于物探成果解釋的12 m落差，縮小了DF6斷層在北北東方向的延展長(zhǎng)度。

(2)通過(guò)本次補(bǔ)勘，對(duì)DF1、DF5、DF6斷層發(fā)育情況有了進(jìn)一步的了解和掌握，有效地證實(shí)了物探方法的準(zhǔn)確度，并對(duì)物探方法起到了補(bǔ)充作用，兩者結(jié)合使得工程地質(zhì)勘察的準(zhǔn)確度有了進(jìn)一步的提高。

(3)根據(jù)此次探測(cè)成果確定的DF1、DF5、DF6斷層發(fā)育情況，設(shè)計(jì)工作面時(shí)應(yīng)合理布置，以提高資源回采率；靠近斷層區(qū)域掘進(jìn)時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。

(4)物探斷層成果中，斷層已經(jīng)錯(cuò)斷了勘探區(qū)下部幾個(gè)主要煤層的，布置對(duì)孔進(jìn)行鉆探驗(yàn)證時(shí)，確定一個(gè)孔為淺孔，一個(gè)孔為深孔，深孔既能起到驗(yàn)證物探斷層的作用，也可以起到探煤的作用。