淺談煤炭勘察技術(shù)與煤系地層巖石性質(zhì)特征

摘 要：本文就針對(duì)我國(guó)煤炭開(kāi)采行業(yè)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并論述目前在煤炭開(kāi)采中常用的幾種煤炭勘察技術(shù)，再結(jié)合科學(xué)、先進(jìn)、合理的理念分析我國(guó)煤系地層巖石性質(zhì)特征，以供相關(guān)的煤炭勘察、開(kāi)采人員參考所用。

關(guān)鍵詞：煤炭勘察技術(shù)；煤系地層；巖石性質(zhì)

前 言

煤炭作為我國(guó)的主體能源之一，為保證煤炭企業(yè)發(fā)展，各種先進(jìn)性勘察技術(shù)的應(yīng)用也就成了必然的趨勢(shì)。我國(guó)煤炭資源資源分布廣泛而不均衡，成煤周期長(zhǎng)、成煤期多，聚煤盆地構(gòu)造類型多樣，構(gòu)造復(fù)雜程度不一，開(kāi)采技術(shù)條件復(fù)雜程度不一。地形條件多樣化，物性條件差異顯著。因此，必須采用不同的勘查方法，選擇不同的勘查手段，進(jìn)行地質(zhì)綜合研究，才能取得較好的勘探效果。因此，建立科學(xué)、先進(jìn)的煤系地層巖石性質(zhì)征勘查體系，并采用具有新型理念的煤炭勘察技術(shù)，也成為了當(dāng)前在煤炭開(kāi)采行業(yè)中所面臨的重點(diǎn)。

1 常用的煤炭勘察技術(shù)分析

從我國(guó)煤炭開(kāi)采行業(yè)的整體發(fā)展情況來(lái)看，我國(guó)煤炭勘察技術(shù)的整體水平還是處于國(guó)際先進(jìn)地位的，而在實(shí)際的煤炭勘察開(kāi)采中，較常應(yīng)用的勘察技術(shù)主要包括有重磁電及地質(zhì)雷達(dá)勘察技術(shù)、高分辨地震勘察技術(shù)、遙感勘察技術(shù)以及測(cè)進(jìn)勘察技術(shù)四種。

1.1 重磁電及地質(zhì)雷達(dá)勘察技術(shù)

重磁電及地質(zhì)雷達(dá)勘察技術(shù)包含有多種，目前在煤炭地質(zhì)勘察中較常見(jiàn)的主要有：高精度重力勘察法、瞬變電磁勘察法、直流電勘察法、高精度勘察法、頻率域電磁勘察法以及地質(zhì)雷達(dá)勘察法等等。通過(guò)重磁電及地質(zhì)雷達(dá)勘察技術(shù)的應(yīng)用，可以較為準(zhǔn)確、快速地探測(cè)出褶曲、斷裂、沉積盆地以及陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造的情況，并對(duì)含水裂隙帶、地下河、巖溶發(fā)育帶等隱伏地質(zhì)體或地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行圈定。此外，該勘察技術(shù)還可合理、充分地應(yīng)用于對(duì)煤炭礦山采空區(qū)、空洞等異常體的勘查與判斷當(dāng)中。

1.2 高分辨地震勘察技術(shù)

高分辨地震勘察技術(shù)主要是指利用高分辨二維地震、三維地震或是多波多分量地震等科學(xué)、有效的方法，對(duì)斷層落差進(jìn)行分析判斷，并對(duì)煤層分叉合并區(qū)進(jìn)行圈定。此外，高分辨地震勘察技術(shù)還體現(xiàn)在判斷巖漿巖對(duì)可采煤層的影響范圍、陷落柱的分布情況、以及對(duì)奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育帶的劃分等方面。而高分辨地震勘察技術(shù)應(yīng)用于煤炭勘察中時(shí)，其主要具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：①具有高精度的層位標(biāo)定技術(shù)；②具有地震屬性相似性分析技術(shù)；③具有提高小斷層解釋精度技術(shù)；④具有油氣預(yù)測(cè)技術(shù)與高精度模式識(shí)別儲(chǔ)層技術(shù)；其五，具有先進(jìn)的3DAVO分析技術(shù)[1]。

1.3 遙感勘察技術(shù)

遙感勘察技術(shù)屬于比較先進(jìn)、科學(xué)含量高的煤炭勘察技術(shù)之一，其是指利用航空遙感（可見(jiàn)光、紅外、微波）、航天遙感、地面遙感等勘察技術(shù)，對(duì)我國(guó)的煤炭資源進(jìn)行綜合性、客觀性評(píng)價(jià)，并進(jìn)行遙感探測(cè)煤層自燃情況等。但從實(shí)際的應(yīng)用來(lái)看，由于遙感勘察技術(shù)的投入規(guī)模比較大，使得我國(guó)一些小型的煤炭開(kāi)采企業(yè)還無(wú)法充分地應(yīng)用此項(xiàng)勘察技術(shù)。但相信在未來(lái)科技的發(fā)展下，遙感勘察技術(shù)在我國(guó)煤炭勘察領(lǐng)域的應(yīng)用，也將越來(lái)越廣泛。

2 煤系地層巖石性質(zhì)特征分析

我國(guó)大煤礦所處地域的不同，其煤系地層巖石性質(zhì)特征也會(huì)存在一些不同之外，因此，具體分析相應(yīng)煤礦區(qū)整體含煤地層分布構(gòu)造情況，才可以為煤礦開(kāi)采做參考。

2.1 煤礦區(qū)整體含煤地層分布構(gòu)造分析

河南省主要的含煤地層為晚古生界石炭二疊系地層，發(fā)育于陜澠→宜洛→魯山→平頂山→確山→固始一線以北、太行山脈以示、南的廣大地區(qū)。河南省煤系地層的總厚度約在700～1300m之間，其中，含煤地層主要以二疊系山西組、石炭系太原組、上石合子組以及下石盒子組，厚度約在500～1000m之間。

2.2 煤系地層沉積巖的構(gòu)造分析

（1）煤系地層沉積巖結(jié)構(gòu)分析。我國(guó)河南省的煤系地層巖石深積巖的結(jié)構(gòu)主要分為化學(xué)結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、碎屑結(jié)構(gòu)與生物結(jié)構(gòu)四種。其中，化學(xué)結(jié)構(gòu)指，沉積由化學(xué)溶液沉淀，并漸漸形成結(jié)晶的一種結(jié)構(gòu)類型；泥質(zhì)結(jié)構(gòu)指以粘土礦物為主，顆粒直徑在0.01mm以下的結(jié)構(gòu)類型；碎屑結(jié)構(gòu)的巖石主要由膠結(jié)物與碎屑兩部分所組成；而生物結(jié)構(gòu)組成相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單一些，其主要是由生物遺體，或是碎片所組成的。

（2）煤系地層沉積巖的原生構(gòu)造分析。在河南省煤系地層巖石的性質(zhì)特征中，比較典型的特征便是沉積巖的原生層狀構(gòu)造特征，而原生構(gòu)造特征，又分為層面構(gòu)造與層理構(gòu)造兩大種。其中，層面構(gòu)造主要是沉積物在沉積過(guò)程中，表面受到了雨、水、風(fēng)、陽(yáng)光以及生物活動(dòng)等現(xiàn)象的影響，從而遺留下來(lái)的一種痕跡。而層理構(gòu)造主要是指兩個(gè)層面之間更微細(xì)的一種成層現(xiàn)象[2]。

2.3 煤系地層節(jié)理及斷層分析

（1）煤系地層的節(jié)理分析。煤系地層的節(jié)理主要是指裂縫或者是裂隙，理論上來(lái)講，是破裂面兩側(cè)巖塊發(fā)生的一種無(wú)明顯相對(duì)位移的斷裂構(gòu)造現(xiàn)象。節(jié)理較常屬于大型斷層、大型褶皺的派生或伴生的構(gòu)造現(xiàn)象，基于這種因素，也可看出節(jié)理受到了斷層與褶皺的控制。從我國(guó)煤礦的實(shí)際地質(zhì)情況來(lái)看，節(jié)理屬于地下水、礦井瓦斯等物質(zhì)的重要運(yùn)移通道以及儲(chǔ)集場(chǎng)所，因此，在對(duì)煤系地層巖石性質(zhì)特征進(jìn)行分析時(shí)，一定要重視對(duì)地層節(jié)理的判斷與分析。

（2）煤系地層的斷層分析。而煤系地層的斷層現(xiàn)象，與煤系地層節(jié)理的發(fā)生現(xiàn)象完全相反，其主要是指破裂面兩側(cè)的巖石沿破裂面發(fā)生有明顯位移的斷裂構(gòu)造現(xiàn)象，從而產(chǎn)生的斷層。斷層現(xiàn)象大小不一，小斷層頂多只有幾米長(zhǎng)，而大的斷層現(xiàn)象可綿延數(shù)十米、數(shù)百米，甚至是超大型的斷層還可延伸數(shù)千米之長(zhǎng)。

比如陜澠工作區(qū)位于華北板內(nèi)區(qū)崤熊構(gòu)造區(qū)的崤熊斷隆北緣，河南區(qū)域構(gòu)造三線收斂、三區(qū)復(fù)合部位，工作區(qū)構(gòu)造具有逆沖褶皺型特征，地層走向呈弧形展布，弧頂朝北。區(qū)內(nèi)以北東向正斷層為主，并發(fā)育有北西向的陜澠向斜、土古洞背斜等小型褶曲，灰山斷層、扣門(mén)山斷層、坡頭斷層、郭莊斷層等控制了煤層的分布并破壞了煤層的完整性。

通過(guò)相應(yīng)的分析，目前大多認(rèn)為，斷層要素與斷層的組成部分、以及與闡明斷層空間位置和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)等因素相關(guān)的一種幾何要素，要素內(nèi)容主要包括有斷層面、斷盤(pán)、斷層線、交面線、斷距以及落差等。其中，斷層面的空間位置主要由其走向、傾向以及傾角等而確定；斷盤(pán)指斷層面兩側(cè)相對(duì)位移的巖塊，可分為上、下斷盤(pán)，也可分為東、東斷盤(pán)；斷層線指斷層面與地面的交線，其主要分為曲線與直線兩種表現(xiàn)形式；交面線指巖層面與斷層面的交線，其分為上盤(pán)與下盤(pán)斷煤交線兩種[3]。

例如2010年河南禹州探明的億噸大型煤礦，地質(zhì)技術(shù)人員結(jié)合區(qū)域資料對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行系統(tǒng)的綜合分析、對(duì)比、研究，改變了以往此區(qū)域受斷層影響而沒(méi)有煤的認(rèn)識(shí)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，勘探區(qū)新生界底面埋深及起伏形態(tài)，區(qū)內(nèi)煤層埋深800～2300m，總的變化趨勢(shì)是由西向東逐漸變深，含煤地層為石炭系、二疊系。煤層多數(shù)呈單斜形態(tài)深度和產(chǎn)狀受構(gòu)造控制，總的趨勢(shì)是南傾，煤層傾角變化范圍約5～33°。探明結(jié)果標(biāo)明張得斷層為逆斷層，煤層埋深總的變化趨勢(shì)是由西向東逐漸變深，煤層厚度由西向東逐漸變厚。

綜上所述，在科技的快速發(fā)展下，煤炭開(kāi)采行業(yè)中所應(yīng)用的煤炭勘察技術(shù)也越來(lái)越科學(xué)、先進(jìn)。而在煤炭勘察技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，我們還應(yīng)該重視對(duì)煤系地層巖石性質(zhì)特征的詳細(xì)、全面分析，才能促進(jìn)勘察的順利性與有效性，進(jìn)而為煤炭的開(kāi)展提供堅(jiān)實(shí)、可靠、有效的保證。

參考文獻(xiàn)

[1]任義，孫久懷.談我國(guó)煤炭地質(zhì)問(wèn)題的勘察技術(shù)發(fā)展[J].城市建設(shè)理論研究，2014，6（6）：1～4.

[2]王峰.試析當(dāng)前煤炭勘測(cè)與開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在問(wèn)題的研究[J].中國(guó)科技博覽，2011，31（31）：331.

作者簡(jiǎn)介：郭冰（1979-），男，漢族，河南省鄭州市人，本科，工程師，從事地質(zhì)工程，地質(zhì)勘查工作。