淺析風(fēng)氧化帶規(guī)律研究增加工作面可采儲(chǔ)量

張廣君

（兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦，山東 濟(jì)寧 273515）

1 礦井基本情況

南屯井田位于山東省鄒城市西部北宿鎮(zhèn)境內(nèi)，西部與里彥井田相鄰，西北部與鮑店井田相鄰，東北部與東灘井田相鄰，南部與北宿井田相鄰，井田東西長(zhǎng)10.5km，南北寬6.2km，面積51.6906 km2。南屯煤礦于1973年12月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬(wàn)t/a，2003年核定生產(chǎn)能力400萬(wàn)t/a，2015年重新核定生產(chǎn)能力300萬(wàn)t/a。采煤方法為一次采全高采煤法，主要采煤工藝為綜采，1994年3上煤開(kāi)始綜放，主采煤層為二迭系山西組3上、3下煤層，煤層傾角3～20°，平均9°。

南屯煤礦投產(chǎn)后一直開(kāi)采上組煤3上層煤和3下層煤，經(jīng)過(guò)40多年的開(kāi)采，截至2017年底礦井保有資源儲(chǔ)量為22054.1萬(wàn)t，儲(chǔ)量為3389.1萬(wàn)t，基礎(chǔ)儲(chǔ)量為9294.5萬(wàn)t，資源量為12759.6萬(wàn)t，剩余有效可采儲(chǔ)量2388.9萬(wàn)t。根據(jù)礦井資源條件，2017年后產(chǎn)量將逐步調(diào)減到260萬(wàn)t/a以下，礦井尚可服務(wù)9年。

煤層的風(fēng)氧化帶：風(fēng)氧化帶深度受控于埋藏深度、煤層頂板巖性、巖石裂隙發(fā)育程度和蓋層的巖性等因素。煤層的風(fēng)氧化帶一般分布在基巖強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)，在基巖弱風(fēng)化帶內(nèi)煤層的煤質(zhì)一般沒(méi)有影響。風(fēng)化帶是依據(jù)井田內(nèi)風(fēng)化厚度（約10m）確定的，即剖面上從侏羅系（J3）底界向下約10m劃為風(fēng)化帶，在此之間的煤為風(fēng)化帶煤，同時(shí)又由井巷工程控制，風(fēng)化帶內(nèi)的3上、3下煤厚度一般都在0.50m以下，多數(shù)是只見(jiàn)煤層的層位而無(wú)煤層存在。氧化帶是根據(jù)近幾年礦井生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)井下觀察而確定的，由于缺少鉆孔的控制，只能由井巷工程控制并加以適當(dāng)推斷，其中3上煤以煤厚4.00m作為氧化線，3下煤以煤厚2.50m作為氧化線，6煤在可采范圍內(nèi)以煤厚0.70m作為氧化線，臨界可采范圍內(nèi)以煤厚0.60m作為氧化線。3上煤層風(fēng)氧化帶在本區(qū)分布范圍廣泛，主要分布在礦井西部、北部、南部及東南部地區(qū)，呈三面環(huán)繞趨勢(shì)。風(fēng)氧化帶為棕黃色和紫紅色，頂部多為灰色及灰白色。帶內(nèi)風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙較發(fā)育，在裂隙兩側(cè)常出現(xiàn)鐵銹紫色、白色黏土物質(zhì)沉淀。帶內(nèi)的巖層其巖石力學(xué)性質(zhì)有很大的變化，強(qiáng)度大大減弱。

2 風(fēng)氧化帶規(guī)律研究

南屯煤礦經(jīng)過(guò)40多年的開(kāi)采，有效可采儲(chǔ)量逐漸減少。為延長(zhǎng)礦井生產(chǎn)年限，盡可能多的回收煤炭資源，保障礦工的收入來(lái)源，通過(guò)進(jìn)行煤礦風(fēng)氧化帶的規(guī)律研究，增加礦井邊緣地帶的工作面可采儲(chǔ)量，是解決此問(wèn)題的一種有效方法。

2.1 73上27工作面情況

南屯井田西部、北部及南部3煤均存在風(fēng)氧化現(xiàn)象，由于上部覆蓋侏羅系及第四系，在地表無(wú)出露，根據(jù)相關(guān)規(guī)定及要求未設(shè)置保護(hù)煤柱，不影響風(fēng)氧化帶內(nèi)煤層開(kāi)采。

73上27工作面地面標(biāo)高+41.32m～ +42.14m，地表均為農(nóng)田，無(wú)水系通過(guò)，北部靠近羅泗線、羅杏線35kV高壓線，西部靠近白馬河，東部有多棟房屋零星分布，南部約168m為濟(jì)鄒新路位置。工作面標(biāo)高-291.1～ -348m，平均-319.55m，南西高，北東低。3上煤厚5.65～2.0m，平均5.14m。煤層傾角2～8°，平均5°。73上27工作面位于七采區(qū)西北部，南側(cè)下伏為73下22采空區(qū)，工作面東側(cè)七采西部軌道，工作面北、西、南三面緊靠3上煤風(fēng)氧化帶，工作面開(kāi)采3上煤。由于該區(qū)域地質(zhì)鉆孔較少，控制程度較低，風(fēng)氧化帶范圍控制程度不夠，給工作面的正常布置及生產(chǎn)造成了一定影響。

2.2 73上27工作面風(fēng)氧化帶研究

礦井地質(zhì)構(gòu)造也是影響煤炭資源回收、降低產(chǎn)量的因素之一，特別是風(fēng)氧化帶附近的地質(zhì)構(gòu)造嚴(yán)重影響對(duì)風(fēng)氧化帶的研究工作，有時(shí)因?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造會(huì)造成對(duì)風(fēng)氧化帶位置和范圍的誤判甚至是錯(cuò)判。南屯煤礦現(xiàn)場(chǎng)已進(jìn)入礦井深部或礦井邊界地質(zhì)條件較復(fù)雜地段，斷層多，落差大，因此需對(duì)影響采區(qū)設(shè)計(jì)的異常地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行高分辨率三維地震勘探，以提供較可靠地質(zhì)資料，從而能夠較準(zhǔn)確的判斷風(fēng)氧化帶的情況便于優(yōu)化工作面設(shè)計(jì)。對(duì)于地質(zhì)較復(fù)雜回采工作面，采用KWT-E型無(wú)線電波坑透儀、KDZ1114-Ⅲ地質(zhì)探測(cè)儀等超前查明工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、煤層賦存情況等，能夠摸清工作面可采儲(chǔ)量，提高煤炭資源回采率。

73上27工作面軌順揭露物探斷層DF3時(shí)，由于順槽靠近3上煤層風(fēng)氧化帶加之受斷層影響，出現(xiàn)了頂板風(fēng)化現(xiàn)象較為明顯及煤層急劇變薄的現(xiàn)象。巷道向前推進(jìn)20m，煤層變薄的趨勢(shì)仍不見(jiàn)好轉(zhuǎn)，此時(shí)煤厚僅20cm，頂板風(fēng)化現(xiàn)象更加明顯。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析，預(yù)計(jì)工作面已完全進(jìn)入風(fēng)氧化帶內(nèi)，巷道已無(wú)施工的必要。但考慮到該區(qū)域風(fēng)氧化深度較淺，該斷層下盤煤層情況不能確定。

對(duì)73上27工作面相鄰區(qū)域的三采區(qū)33上17工作面、七采區(qū)73上25（西）工作面同樣靠近3上煤風(fēng)氧化帶，并已通過(guò)巷探驗(yàn)證風(fēng)氧化帶變化的規(guī)律情況分析，此處煤層的變薄是漸變的、循序漸進(jìn)的，并沒(méi)有出現(xiàn)急劇變薄的現(xiàn)象。從上述資料判斷此時(shí)73上27工作面巷道仍未完全進(jìn)入風(fēng)氧化帶內(nèi)，更多的是受斷層影響出現(xiàn)的煤層變薄現(xiàn)象。決定對(duì)巷道迎頭采用鉆探進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證后巷道在鉆探位置向前推進(jìn)了18m后煤厚又恢復(fù)了正常，從而摸清了風(fēng)氧化帶的分布范圍，詳見(jiàn)圖1。

圖1 73上27工作面平面圖

3 取得的成效

根據(jù)礦井風(fēng)氧化帶的研究成果，開(kāi)采礦井邊角煤可以將工作面盡量布置在煤層風(fēng)氧化帶邊緣并布置成不同形狀，分別采用刀把形、階梯形（開(kāi)小切眼與大切眼合茬）、扇形旋轉(zhuǎn)和楔形等多種形式布置工作面，并最大限度地開(kāi)采回收礦井邊角煤煤炭資源。

采用槽波地震勘探的技術(shù)手段結(jié)合鉆探進(jìn)行驗(yàn)證，能夠基本摸清該礦風(fēng)氧化帶的分布范圍。通過(guò)風(fēng)氧化帶變化規(guī)律研究及鉆探驗(yàn)證，73上27工作面不規(guī)則布置的設(shè)計(jì)，工作面可采儲(chǔ)量由34.1萬(wàn)t增加到41.78萬(wàn)t，工作面增加了可采煤炭?jī)?chǔ)量7.68萬(wàn)t，為該礦創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)了2000萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

該工作面風(fēng)氧化帶分布規(guī)律的研究表明，對(duì)于風(fēng)氧化帶分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)的偏差，將給工作面的正常布置帶來(lái)較大影響，造成煤炭資源的浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，只有打破常規(guī)思維，綜合考慮影響風(fēng)氧化帶分布的各種因素，結(jié)合應(yīng)用鉆探及巷探等手段，才能查清風(fēng)氧化帶的詳細(xì)分布規(guī)律，指導(dǎo)礦井生產(chǎn)。對(duì)于風(fēng)氧化帶露頭分布較廣的礦井，如果能夠摸清風(fēng)氧化帶的分布規(guī)律，不僅能增加工作面開(kāi)采儲(chǔ)量，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益，還能延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，帶來(lái)較大的社會(huì)效益。