山西河東煤田離柳礦區(qū)礦井地質(zhì)勘查探礦工程應(yīng)用

蘇剛

（山東大聯(lián)礦業(yè)工程有限公司，山東 泰安 271001）

一、地質(zhì)概況

該礦井井田位于晉西黃土高原、呂梁山中段西側(cè)的河東煤田離柳礦區(qū)，為侵蝕性黃土低中山區(qū)[2]；礦區(qū)的控制性構(gòu)造為走向北東向北西傾斜的單斜構(gòu)造，東部為較大寬緩褶曲，褶曲其間伴有斷層。地貌類型以侵蝕的黃土梁、峁為主，其次為黃土沖溝。地形最高點為井田東部邊界處山梁，標高1082.5m，地形最低點為井田西北部邊界處溝谷，標高865m，最大相對高差217.5m；該礦井采用主立井、副立井、回風立井開拓，開拓含煤層5 層煤層。

二、自然資源賦存情況

井田范圍賦存的礦產(chǎn)主要有：煤炭、鋁土、鐵礦、粘土礦、石灰?guī)r和稀有元素。具體如下：

1.煤炭：賦存含煤地層為山西組和太原組，山西組含煤層：1、2、3、4、5 層煤層，其中可采煤層2 層：4、5 層煤層；太原組含煤層：6、7、8、9、10、11 號煤層，其中可采煤層2 層：8、9 號煤層。4 號煤層為雞窩煤，僅局部區(qū)域達到可采厚度，不具有規(guī)模開采條件。

2.鋁土礦：賦存于本溪組底部，平均厚度2.5m 左右，灰白色塊狀構(gòu)造，氧化鋁平均含量45%，具有工業(yè)開采價值。

3.鐵礦：賦存于奧陶系古剝蝕面上，呈雞窩狀分布，厚度2m 左右，氧化鐵含量53%，分布不均勻，不具有規(guī)模開采條件及價值。

4.粘土礦：賦存于太原組底部和頂部，厚度不等，可用作燒制瓷器，已被當?shù)亻_采創(chuàng)造價值。

5.石灰?guī)r：賦存于奧陶系、本溪組、太原組中，主要作為金屬冶煉中的助熔劑、加工水泥、燒制白灰等用途，具有一定開采價值。

6.稀有元素：主要為鎵、鍺元素，根據(jù)分析勘探中采取煤芯煤樣情況，鎵含量、鍺含量均達不到工業(yè)可采品位，不具有規(guī)模開采條件及價值。

山西河東煤田離柳礦區(qū)作為重要的富煤區(qū)域，擁有著豐富的煤炭自然資源及開采歷史，本文主要深入研究本礦井的山西組含煤層5 層煤層地質(zhì)勘查工程。

三、5 層煤層地質(zhì)勘查情況

（一）5 層煤鉆探工程與測井數(shù)據(jù)

1.9 號鉆孔，孔口標高1010.66m，鉆探工程見煤深度327.24m，止煤深度332.86m，煤層厚度5.62m，煤層結(jié)構(gòu)0.85(0.10)4.67m，純煤厚度5.52m，煤層采取率93%，頂板、底板均為粉砂巖，底板標高677.8m，質(zhì)量評價為甲。

測井見煤深度326.47m，止煤深度332.3m，煤層厚度5.83m，煤層結(jié)構(gòu)0.92(0.08)3.87(0.13)0.83m，純煤厚度5.62m，底板標高678.36m，質(zhì)量評價為甲。

2.12號鉆孔，孔口標高885.1m，鉆探工程見煤深度156.79m，止煤深度161.6m，煤層厚度4.81m，煤層結(jié)構(gòu)及純煤厚度4.81m，煤層采取率79%，頂板為粉砂巖、底板為砂質(zhì)泥巖，底板標高723.5m，質(zhì)量評價為甲。

測井見煤深度155.12m，止煤深度161.37m，煤層厚度6.25m，煤層結(jié)構(gòu)1.90(0.18)3.16(0.13)0.88m，純煤厚度5.94m，底板標高723.73m，質(zhì)量評價為甲。

3.15號鉆孔，孔口標高945.45m，鉆探工程見煤深度119.71m，止煤深度125.53m，煤層厚度5.82m，煤層結(jié)構(gòu)1.10(0.12)4.60m，純煤厚度5.7m，煤層采取率95%，頂板、底板均為砂質(zhì)泥巖，底板標高819.92m，質(zhì)量評價為甲。

測井見煤深度119.25m，止煤深度125.2m，煤層厚度5.95m，煤層結(jié)構(gòu)0.57(0.13)0.80(0.20)4.25m，純煤厚度5.62m，底板標高820.25m，質(zhì)量評價為甲。

4.17號鉆孔，孔口標高949m，鉆探工程見煤深度50m，止煤深度54.11m，煤層厚度4.11m，煤層結(jié)構(gòu)及純煤厚度4.11m，煤層采取率60%，頂板為粉砂巖、底板為砂質(zhì)泥巖，底板標高894.89m，質(zhì)量評價為甲。

測井見煤深度49.2m，止煤深度54.35m，煤層厚度5.15m，煤層結(jié)構(gòu)0.75(1.96空)2.44m，純煤厚度3.19m，底板標高594.65m，質(zhì)量評價為甲。

（二）鉆孔綜合利用數(shù)據(jù)

1.9號鉆孔見煤深度326.47m，止煤深度332.3m，煤層厚度5.83m，煤層結(jié)構(gòu)0.92(0.08)3.87(0.13)0.83m，資源儲量估算厚度5.62m，頂板、底板均為粉砂巖，底板標高678.36m，質(zhì)量評價為甲。

2.12號鉆孔見煤深度326.47m，止煤深度332.3m，煤層厚度5.83m，煤層結(jié)構(gòu)0.92(0.08)3.87(0.13)0.83m，資源儲量估算厚度5.62m，頂板為粉砂巖、底板為砂質(zhì)泥巖，底板標高678.36m，質(zhì)量評價為甲。

3.15號鉆孔見煤深度326.47m，止煤深度332.3m，煤層厚度5.83m，煤層結(jié)構(gòu)0.92(0.08)3.87(0.13)0.83m，資源儲量估算厚度5.62m，頂板、底板均為砂質(zhì)泥巖，底板標高678.36m，質(zhì)量評價為甲。

4.17號鉆孔見煤深度326.47m，止煤深度332.3m，煤層厚度5.83m，煤層結(jié)構(gòu)0.92(0.08)3.87(0.13)0.83m，資源儲量估算厚度5.62m，頂板為粉砂巖、底板為砂質(zhì)泥巖，底板標高678.36m，質(zhì)量評價為甲。

四、井工作業(yè)揭露驗證

（一）井工作業(yè)設(shè)計

回采工藝采用綜采放頂煤一次采全高走向長壁采煤法，全部垮落法管理頂板，開采落煤方法為雙滾筒采煤機單向割煤，采高2.0±0.1m，截深為0.8m，循環(huán)進尺0.8m，采放比為1：1.51?？紤]工作面煤厚、采高、硬度、地質(zhì)條件、過煤量、運輸效率等因素，結(jié)合當?shù)馗弋a(chǎn)高效采煤工作面所需的基本配套，進行三機配套選型。采煤機選用MG160/375-W 雙滾筒無鏈液壓牽引采煤機。液壓支架選用ZF4000/15.5/25B 型基本支架96 架，端頭過渡支架6 架、端頭支架2 組、超前支護液壓支架4 組、錨固液壓支架1 架。刮板輸送機選用SGZ764/320 型號。

設(shè)計采煤生產(chǎn)情況：設(shè)計采煤工作面長度150m，循環(huán)進尺0.8m，每天按邊采邊準進行組織生產(chǎn)，每班按2 個循環(huán)組織生產(chǎn)，設(shè)計割煤高度2.0m，放煤高度3.5m，回收率95%。

掘進工作面采用EBJ-120TP 型綜掘機落煤，功率190Kw，按照迎頭斷面要求割煤，兩幫預留煤厚100-200mm，兩肩窩及兩底根煤巖采用風鎬等工具處理。采用2 部MQT-120/2.5 錨桿機，兩幫用風鉆或風錨頭，風鉆配直徑22mm 中空六角鋼釬及直徑32mm柱齒鉆頭，選用FBD-NO.6.0 對旋式2×15KW 風機，實現(xiàn)雙風機雙電源，主副風機自動切換，壓入式通風。

設(shè)計掘進生產(chǎn)情況：設(shè)計掘進迎頭斷面凈寬3.6m，凈高2.7m，每班完成3 個正規(guī)循環(huán)，每日完成6 個循環(huán)，循環(huán)進尺1.8m，班進尺5.4m，日循環(huán)10.8m，正規(guī)循環(huán)率85%。

通過以上優(yōu)化設(shè)計，礦井年產(chǎn)煤炭產(chǎn)量突破100 萬噸，實現(xiàn)了產(chǎn)能最大程度的釋放。

（二）驗證穿過地段的煤（巖）層地質(zhì)

1.井工作業(yè)期間，回采、掘進工作面順5 層煤底板施工，以所揭露的頂、底板巖性特征主要情況進行地質(zhì)分析：

老頂巖性為細砂巖、粉砂巖，厚度5-8m，巖性特征深灰色，含少量頁片化石，含黃鐵礦，摩氏硬度為2-3。

直接頂巖性為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，厚度0-3.64m，巖性特征深灰色，含植物化石，摩氏硬度為3-4。

偽頂巖性為泥質(zhì)頁巖，厚度0-0.5m，巖性特征深灰色，含植物化石。

煤層，平均厚度5.5m，煤質(zhì)為1/3 焦煤。

直接底巖性為泥巖，部分厚度0.6-0m，巖性特征淺灰色，井田東部較厚，向西逐步變薄。部分厚度0.75-0.5m，巖性特征淺灰色，細砂巖與灰黑色粉砂巖互層，以細砂巖為主，摩氏硬度為4-5。

老底巖性為粉砂巖，厚度4.0-2.1m，巖性特征淺灰色，層狀結(jié)構(gòu)，含翅羊齒及少量根部化石，摩氏硬度為5。

2.水文地質(zhì)情況。5 層煤層帶壓開采的同時，分析奧灰水突水系數(shù)0-0.06MPa/m，判斷5 層煤層底板奧灰水突水危險性小；范圍內(nèi)山西組、太原組各含水層單位涌水量小于0.1L/s.m，分析富水性為弱；地面沒有水庫、河流、湖泊、池塘，不具備大量補水的實際條件，地面存在季節(jié)性排洪沖溝，僅在雨季有短暫水從沖溝中流出，在井田外向西匯入河流。地面有礦井沉降裂隙，及時觀察受井下開采影響而出現(xiàn)的地表水通過裂縫、塌陷滲入到井下。井田內(nèi)未曾發(fā)生過突水，井工作業(yè)工作面煤壁和頂板掛汗，尚不構(gòu)成水害威脅。礦井曾受水害影響，前期開發(fā)過程中實際測得最大涌水量為600m3/d，5 層煤層均存在采空區(qū)積水，且位置、范圍、水量已查明，礦井專門設(shè)立礦井防治水綜合管理機構(gòu)、配備探放水施工隊伍，有針對性的開展水害防治工作，按相關(guān)要求繪制各類圖紙資料，留設(shè)足夠的防水煤柱，對采空區(qū)、廢棄的巷道實施嚴格密閉，留設(shè)觀測孔觀察情況。

3.綜合地質(zhì)情況。礦井相對瓦斯涌出量為0.67m3/t.d，絕對瓦斯涌出量為1.39m3／min，為瓦斯礦井，特別是遇見臨近采空區(qū)等地點時，容易產(chǎn)生甲烷、硫化氫等有害氣體，在施工前必須嚴格執(zhí)行排瓦斯的安全技術(shù)措施；二氧化碳絕對涌出量1.09m3/min，相對涌出量1.60m3/t；煤塵火焰長度80mm，加巖粉量70%，煤塵有爆炸性；煤的自燃傾向性等級為Ⅱ級，屬自燃煤層，發(fā)火期6 個月，特別是該礦井及該區(qū)位范圍內(nèi)的相鄰礦井，雖然未發(fā)生過煤層自燃事故或火區(qū)，但是施工現(xiàn)場中仍須加強浮煤清理工作，嚴禁施工過程中使用明火、火花、非隔爆設(shè)備；地溫16-20 攝氏度；回采、掘進工作面不屬于沖擊地壓傾向工作面,根據(jù)施工過程中的礦壓觀測情況判斷無沖擊地壓，且本面開采范圍內(nèi)無應(yīng)力集中區(qū)，受臨近采空區(qū)影響，部分巷道有壓力顯現(xiàn)，主要變現(xiàn)形式為個別段巷壁片幫，頂板破碎。

五、結(jié)論

通過山西河東煤田離柳礦區(qū)礦井應(yīng)用地質(zhì)勘查鉆探工程施工，對含煤層5 層煤進行了充分地質(zhì)預判，提供了一手地質(zhì)資料。通過現(xiàn)場揭露驗證，核實了煤層賦存狀況，緊密結(jié)合井工作業(yè)實際指導生產(chǎn)，為實現(xiàn)礦井年產(chǎn)突破百萬噸高產(chǎn)高效提供了有力支撐，為民生穩(wěn)定、資源保供和提升當?shù)亟?jīng)濟效益提供了有力保障，積累了地質(zhì)勘查探礦工程的經(jīng)驗，在同類礦井中具有較好借鑒意義。