曹縣煤田開發基礎性研究前瞻

黃文峰，張衛峰，朱永軍，李仲峰

(菏澤市礦產資源勘探開發中心，山東 荷澤 274000)

山東省曹縣煤田是魯西南隱伏區新發現的一個中型煤田，總資源儲量約30億t。煤層厚度6～8m，煤種主要為焦煤、1/3焦煤。控制-1500m以淺資源儲量24億t，-1800m以淺資源量約30億t。隨著勘查進度的加快，對開發曹縣煤田賦煤規律、開采技術條件等進行前瞻性基礎研究，意義重大。

1 深層煤礦床形成演化和賦存規律研究

1.1 曹縣煤田煤礦床構造演化

魯西南深覆蓋區系指黃河以南菏澤市及濟寧西部黃泛平原區域，屬華北平原的一部分。其區域構造演化起始于晚古生代。晚古生代的海西構造運動，沉積了一套海陸交互相-濱海平原相-內陸湖泊相含煤沉積，這些沉積物具有東西成帶、南北分異的特征。

魯西地區近EW向斷裂組合而成的掀斜式斷塊，其后又被SN向、NW向和NE向3組斷裂切割改造破壞，從而行成一些列地壘或地塹構造樣式。菏澤凸起(潛)是魯西南隱伏區規模較大的V級構造單元，菏澤斷裂將菏澤凸起斷分為一大型穹狀背斜。古生界向周邊傾斜，靠近上部的石炭-二疊紀含煤巖系在周邊有所保留，巨野煤田和曹縣煤田分別位于菏澤凸起(潛)的東西兩側。菏澤凸起等保留的古生界一般是奧陶系頂部，但由并行斷裂形成的不少地壘或地塹往往保留殘存的煤系地層，不過，保留的一般是以下組煤居多。

1.2 重點研究方向

以曹縣煤田青崗集地區煤炭普查為例，根據二維地震和鉆探結果，青崗集地區煤炭普查結果就完全符合上述賦煤規律。所以，曹縣煤田的進一步勘探開發，應依據目前取得的地質成果，深化成礦規律研究。當前研究的重點課題，應側重魯西南隱伏區成礦地質研究和曹縣煤田煤炭資源綜合地質評價與方法。主要包括：研究區域成煤構造背景；研究深層煤礦床區域賦存分布規律；區域構造格架對深層煤礦床的控制作用；三維煤層預測模型；深部煤炭資源安全經濟開發地質綜合評價理論和方法。

通過上述基礎研究，可以明確曹縣煤田后續勘探的主攻方向，進一步細化勘查設計，加快推進、節約資金，同時對深隱伏區運用構造模式深部找煤意義重大。

2 深部煤炭資源開發地質技術條件

由于曹縣煤田全部位于隱伏區內，上部覆蓋有巨厚的900～1500m厚的松散層，賦煤深度在960～1800m之間，地質條件復雜，但大部分為低瓦斯煤層。因此，對曹縣煤田深部煤炭資源開發的建井技術和地質技術的研究尤其重要。

2.1 巨厚松散層建井(立井)技術研究

目前，國內尚無千米松散層立井建井技術，但曹縣煤田北東向40km同樣有巨厚松散層覆蓋的巨野煤田，各井田建設全部取得成功。以擁有數項建井世界紀錄的巨野煤田龍固煤礦、郭屯煤礦為例：2005年，中煤特殊工程，公司在山東龍固煤礦施工的風井井筒壁后充填工程創造了該公司同時用三臺大鉆機在同一煤礦優質、安全地承建主1、主2、風井三個井筒的國內紀錄。582.75m的主井成井深度,也創造當時世界同類煤礦豎井的最深紀錄，鉆井直徑為8.7m。該井地質條件極為復雜，施工綜合難度為國內第一，在國際上也屬罕見。龍固主井建設，在冷凍深度、泥漿污染、井壁焊接、節間注漿、節間防腐等關鍵技術上都取得突破，三個井筒的493節井壁全部合格。中煤集團所屬施工企業運用自主開發的“深立井井筒凍結施工法”，在山東郭屯礦主井凍結工程施工中創造了凍結法鑿井通過表土厚度587.5m的世界紀錄和凍結深度702m的全國最高紀錄。因此，在曹縣煤炭基地建設中，應對“重、大、難、精、尖”工程的要求，進行共性關鍵技術如立井建設進行攻關，并關注國內外新技術、新工藝研究，一旦建井技術取得突破，曹縣煤田開發可立即提上日程。

2.2 深部巖溶水賦存和運動規律研究

礦建過程中，深部巖溶問題隨著工程建設向深部延伸會逐漸顯現，由它帶來的一系列地質工程問題對掘進工程具有極強的控制性和危害性，高壓突水問題是一個極具挑戰性的理論難題。巨野煤田的開發中，如龍固、鄆城、郭屯等煤礦已受水害問題嚴重困擾。所以，在前期曹縣煤田水工地質研究中，應對深部巖溶相關概念、發育類型、發育特征、形成機制等方面進行研究，勾畫出深部巖溶研究今后的重點，主要包括深部巖溶工程地質分類及特征、受控因素、發育機制及演化、現代深部巖溶對采煤工程控制作用等幾方面的研究。重點研究誘發深部高壓水突出的深層巖溶水礦床水文地質條件。

2.3 深部煤巖體溫度場分布特征及熱害防治對策

對于曹縣煤田千米以下采場，地溫升高是深部開采無法回避的地質災害問題。在深部開采條件下，地溫升高是井下工作條件惡化的重要原因。持續的高溫，將對人員的健康和工作能力造成極大的傷害，使勞動生產率大大下降和生產事故大大增加，同時還會降低井下設備的工作性能，減少井下設備的使用壽命。鄰近巨野煤田龍固煤礦開采深度在-870m左右，開采煤層原始巖石溫度都大于30℃，屬于一級高溫區，部分巖溫達38～51℃，屬二級高溫區。因此，開采程度更深的曹縣煤田，不可避免的遇到高溫熱害問題。開發過程中，針對采區深部原巖地溫場分布規律，分析研究了井下氣溫的影響因素，這對高溫高濕礦井井下熱力參數的預測計算，對井田開發熱環境治理，具有較好的指導作用。

2.4 深部煤巖體應力場與采動疊加效應研究

沖擊地壓是世界范圍內煤礦生產中最嚴重的自然災害之一，尤其在超過一定的臨界深度時，沖擊破壞程度更為嚴重。由于曹縣煤田的開采深度較大，沖擊地壓成為礦井安全生產的一個嚴重威脅，必須采用科學的方法和有效的管理措施，解決礦區深部的安全開采問題。對誘發采煤動力地質災害的深部高地應力條件進行前期研究，制定初期的解危方案和綜合防治措施相當重要。借鑒臨近的巨野礦區的防沖經驗，積累采動疊加數據，建立曹縣煤田深部煤巖體應力疊加模型，對采礦工程的合理建設至關重要。

3 結束語

曹縣煤田是山東省境內開展深部找礦工作以來的一項重要成果。開發曹縣煤田，必須進行前瞻性研究，研究該區深部煤炭資源賦煤規律、開采地質條件，完善深部煤炭資源勘探技術體系以及精細探測技術，并對深礦井開采熱害、水害、沖擊地壓等災害進行預測。曹縣煤田的礦業權人，應該及早制定計劃項目，成立專門的科研小組，抽調專業技術人員，明確專項課題和研究內容。同時，對參加研究的人員給予各方面的保障和支持，確保各課題研究順利進行，這對曹縣的勘探開發具有重要的現實意義

[1] 虎維岳，等.深部煤炭資源及開發地質條件:研究現狀與發展趨勢[M] . 北京：煤炭工業出版社，2008，5