用測(cè)井資料分析礦井地溫分布規(guī)律

梁亞林

（山西省煤炭地質(zhì)148勘查院，山西 太原 030053）

隨著幾十年的煤礦開(kāi)采，上部煤層已經(jīng)逐漸被采空，生產(chǎn)礦井逐步向深部延伸。根據(jù)1978年原煤炭工業(yè)部頒發(fā)的《煤炭資源勘探地溫測(cè)量若干規(guī)定》：原始巖溫高于31℃的地區(qū)為一級(jí)熱害區(qū)；原始巖溫高于37℃的地區(qū)為二級(jí)熱害區(qū)。隨著開(kāi)采深度的不斷加大，地?zé)嵛：υ絹?lái)越嚴(yán)重，熱害的等級(jí)和面積也在不斷加大。收集礦區(qū)簡(jiǎn)易井溫測(cè)井資料并對(duì)全部測(cè)溫鉆孔主要煤層做出溫度等值線分布趨勢(shì)圖可以對(duì)未來(lái)熱害的防治提供重要參考和依據(jù)。

1 勘探區(qū)概況

沁水煤田位于山西省東南部，介于太行山、呂梁山、五臺(tái)山、中條山之間，跨太原、壽陽(yáng)、陽(yáng)泉、昔陽(yáng)、和順、左權(quán)、武鄉(xiāng)、沁縣、長(zhǎng)治、高平、晉城、陽(yáng)城、沁水、安澤、沁源等20余市、縣，面積近30000km2。該煤田范圍內(nèi)有陽(yáng)煤集團(tuán)、潞安集團(tuán)、晉煤集團(tuán)等大型礦業(yè)集團(tuán)，地方煤礦數(shù)百處以上，是中國(guó)無(wú)煙煤和化工用煤最大的供應(yīng)基地。沁水煤田是中國(guó)目前產(chǎn)煤最多的大型石炭二疊系煤田，是山西省六大煤田之一，煤炭資源量約3000億t。煤種以高變質(zhì)的貧煤、無(wú)煙煤為主。沁水煤田含煤地層為石炭二疊系，具有開(kāi)采價(jià)值的煤層主要賦存于石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組，其中3號(hào)和15號(hào)為主要煤層。

本次所研究的勘探區(qū)位于沁水煤田東翼中段，地層發(fā)育從煤系地層底部奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組一直到上部的三疊系下統(tǒng)劉家溝、和尚溝組。區(qū)內(nèi)主要可采煤層為山西組3號(hào)煤層，該煤層變質(zhì)程度為無(wú)煙煤，煤層埋藏深（從700m到1200m），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?？碧絽^(qū)整體構(gòu)造為南北走向、傾向由東向西的單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)主要褶皺是S1背斜、S2向斜和S3背斜。S1背斜發(fā)育在井田西部，軸向?yàn)楸?～40°東，兩翼地層傾角：東翼傾角6～15°，西翼傾角4～18°，兩翼出露地層P2sh，P2s3，為不對(duì)稱寬緩背斜，延伸長(zhǎng)度12790m。S2向斜發(fā)育在井田的中部，軸向?yàn)楸?～30°東，兩翼地層傾角：東翼地層傾角6～17°，西翼地層傾角4～15°，出露地層T1l，P2sh，為不對(duì)稱寬緩向斜，延伸長(zhǎng)度13723m。S3背斜發(fā)育在井田的東部，軸向?yàn)楸?～25°東，兩翼地層傾角：東翼傾角6～13°，西翼傾角6～13°，兩翼出露地層P2sh，P2s3，為不對(duì)稱寬緩背斜，延伸長(zhǎng)度13724m。井田內(nèi)調(diào)查的斷裂有2條，F(xiàn)1逆斷層位于井田東南部，逆斷層走向?yàn)楸?0～60°東，傾向東南，傾角60°，斷距60m，井田內(nèi)延伸長(zhǎng)度4000m。F2正斷層位于井田北部，走向?yàn)楸?～25°西，傾向北東，傾角75°，井田內(nèi)延伸長(zhǎng)度4900m。

2 井溫測(cè)井原理

地?zé)嵊址Q地溫，系指地球內(nèi)部的熱量。深部礦井溫度的增高、地下流出的溫泉水和火山噴出熾熱的物質(zhì)等現(xiàn)象，都說(shuō)明地?zé)岬拇嬖?。地?zé)嶂饕獊?lái)自兩個(gè)方面：（1）太陽(yáng)輻射熱；（2）地球內(nèi)部熱能（主要是放射性元素蛻變所釋放出的熱）。大量地溫資料表明，地層溫度一般隨深度增加而增加，其變化的程度可用地溫梯度來(lái)表示，一般所指的地溫梯度即深度每增加100m地層溫度增加的度數(shù)，或者也可以用地溫梯度的倒數(shù)——增溫深度來(lái)表示，即溫度每增加1℃相當(dāng)于深度增加的米數(shù)。在不同地區(qū)增溫深度往往是不同的，一般在20～50m范圍變化，即使對(duì)同一地區(qū)由于各種巖層的導(dǎo)熱性不同，增溫深度也不一樣。

溫度測(cè)井基于鉆孔周圍地層是一個(gè)熱穩(wěn)定體的這個(gè)假定，自然溫度梯度是由地球熱擴(kuò)散造成的。裸眼井中測(cè)量井溫可了解地層溫度及地溫梯度變化。井溫測(cè)井所用的井溫儀多采用電橋電路，電橋的一個(gè)臂采用對(duì)溫度敏感的元件，如溫度系數(shù)大的漆包線、熱敏電阻、半導(dǎo)體二極管等，隨著溫度的變化，靈敏臂的阻值也發(fā)生變化，電橋失去平衡輸出正比于溫度變化的信號(hào)。實(shí)際工作中簡(jiǎn)易井溫往往采用在鉆孔中自上而下以0.05m的采樣間隔連續(xù)測(cè)量。

3 實(shí)際分析應(yīng)用

勘探區(qū)共施工鉆孔36個(gè)，現(xiàn)將全部鉆孔3號(hào)煤層簡(jiǎn)易測(cè)溫成果收集在一起（表1）并繪制煤層地溫等值線分布圖（圖1 ）。

表1 各鉆孔3號(hào)煤層溫度成果表

圖1 3號(hào)煤層地溫等值線分布圖

圖2 3號(hào)煤層底板等高線圖

由3號(hào)煤層地溫等值線分布圖（圖1）和煤層底板等高線圖(圖2)可以看出，井溫變化基本受井田由東向西傾斜的單斜構(gòu)造所控制。在井田西部以S8號(hào)孔為界包括S8、S15和S18號(hào)鉆孔附近煤層埋藏最深，地層溫度均超過(guò)一級(jí)熱害標(biāo)準(zhǔn)（31℃），地溫梯度為2.1℃/100m，屬地溫正常為背景的一級(jí)熱害區(qū)（面積約占整個(gè)礦區(qū)的五分之一），在生產(chǎn)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)排熱措施。井田中部溫度變化在22～31℃之間，屬于正常溫度區(qū)。另外中部地溫在22～31℃之間變化較大，不如礦區(qū)東部和西部變化穩(wěn)定，可能是因?yàn)榈V區(qū)中部正好處于三個(gè)褶皺帶部位，由構(gòu)造變化引起地溫變化不均衡所引起的。在井田東部由于煤層埋藏都比較淺，地溫普遍低于22℃。

4 結(jié)論

通過(guò)收集勘探區(qū)3號(hào)煤層簡(jiǎn)易井溫測(cè)井資料并對(duì)其做等值線分析圖可以看出，井溫變化基本受井田由東向西傾斜的單斜構(gòu)造所控制，在西南部S8、S15和S18號(hào)鉆孔附近面積約占整個(gè)礦區(qū)的五分之一的地方由于煤層埋藏最深地層溫度均達(dá)到一級(jí)熱害標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)采時(shí)應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)措施，為井下工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。

隨著煤層開(kāi)采深度的不斷增加，礦井熱害問(wèn)題日益顯著，高安全、高質(zhì)量是當(dāng)今煤礦生產(chǎn)的主題。了解礦井地溫分布特征及規(guī)律，能更有效地為煤礦安全生產(chǎn)做出合理的規(guī)劃和指導(dǎo)。