急傾斜煤礦深部水平地質補勘在新集三礦的實踐與應用

摘 要：為延長礦井服務年限，確保生產接替，新集三礦急需開辟深部水平用以解放深部煤炭資源。鑒于原有勘探工程嚴重不足，且受到井下開采及地面沉降影響，地面地質補勘工程無法開展，故決定由井下開展深部水平勘探。通過對該勘探方案的實施，查明井田深部地質及水文地質特征，掌握深部各主采煤層的賦存與構造發育情況，為深部資源的采掘設計與生產提供了依據。

關鍵詞：急傾斜煤層；深部資源；地質補勘

1 礦井概況

國投新集能源股份有限公司三礦位于淮南煤田中段南部邊緣，淮南復向斜謝橋向斜南翼、阜鳳及其分支斷層的斷夾塊內，屬阜鳳逆沖斷層的上覆系統。受原始沉積條件及阜鳳斷層影響，隨著礦井開采深度的增加，地質條件更加復雜，斷裂構造發育，煤層賦存不穩定。

礦井采用立井集中大巷分區石門開拓方式，偽傾斜柔性掩護支架采煤法。現有兩個生產水平，分別是一水平（-340m）和二水平（-550m）。-340m以上除受灰巖水影響的1、3煤、薄煤層、石門煤柱及殘遺煤外已全部回采結束，二水平各采區也已開采近半。為了滿足礦井生產接替和延長礦井服務年限，進行了深部水平地質勘探工作。

2 礦井地質及水文地質

2.1 礦井地質特征

井田內主要發育有第四系、第三系、二疊系、石炭系和奧陶系地層。主要含煤層段為二疊系山西組和上石盒子組，礦井可采及局部可采煤層分別為14煤 、13-1煤、11-2煤、8-2煤、8-1煤、6-1煤、3煤與1煤，其中13-1煤、11-2煤、8-1煤、3煤和1煤為主采煤層。

礦井總體構造呈軸向近東西的不對稱倒轉褶曲形態，其兩翼傾向、傾角變化劇烈，上部正常翼傾向北，傾角陡（60～90°），斷層稀少，構造復雜程度中等；下部倒轉翼傾向南，傾角變化大，多為20～30°，少數50～70°，小斷層較發育，且隨著深度的增加地質條件更加復雜。

2.2 礦井水文地質特征

新集三礦為新生界松散層覆蓋下的全隱蔽礦床，井田范圍內的主要含水體有新生界松散層水、煤系砂巖（構造）裂隙水、灰巖溶裂隙水。

新生界松散層由第四系和第三系組成，第四系松散層賦水性強，q=1.429l/s.m、Kcp=3.8578m/d；第三系沉積層賦水性弱，q=0.00185～0.018l/s.m，k=0.00828～0.044m/d，可視為隔水層。

煤系砂巖（構造）裂隙水是影響礦井采掘的直接充水水源。砂巖總厚度約占煤系33%，但砂巖含水層普遍賦水性弱，q=0.0056～0.00998l/s.m，且以靜儲量為主，各含水層之間水力聯系不暢。經多年疏放，二水平以上已基本被疏凈，對礦井生產無安全威脅。深部水平地質及水文地質條件復雜，砂巖水沒有得到疏放，巷道施工過程中若揭露大的導、含水斷層，可能因構造造成集中出水，影響巷道安全施工。

太原組灰巖地層平均累計厚度約115m，共發育灰巖13層（C31～C313），灰巖累計厚度約占60%。其中，C33與C35巖溶發育，賦水性較強，水量豐富，單位涌水量q=0.278～0.5341L/s.m，導水系數T=162.58m2/d，儲水系數U*=4.89×10-5，滲透系數K=13.558m/d。太原群灰巖存在淺部賦水性較強，深部賦水性相對較弱，層內水力聯系較強，層間水力聯系較弱等特點，是威脅1、3煤開采的主要含水層。

奧陶系灰巖與太原群灰巖水力聯系密切，是1、3煤開采的間接充水水源，導水系數T=219.55m2/d，儲水系數U*=5.08×10-4，滲透系數K=7.761m/d。

3 深部水平現有勘探情況

礦井深部水平開采范圍東起西淝河大堤保護煤柱線，西到井田邊界，上限到13-1煤-550m煤層等高線，下限到8-1煤-700m煤層底板等高線，走向長2100m，傾斜寬110m，面積約23萬m2。該范圍內可采煤層有13-1、11-2、8-1共三層煤，全部位于井田倒轉褶曲下翼，地層倒轉，傾向南。設計兩個階段，即-625m與-700m。

3.1 地面勘探工程

新集三礦原有勘探工程不足，尤其深部鉆孔極少，井田深部地質控制程度很低，深部水平開采范圍內僅有地質勘查鉆孔4個，累計鉆探工程量3819.05m，具體見表1所示。

3.2 井下勘探工程

（1）探巷：目前，已在深部水平施工巷探工程：-550m～-625m西四13-1煤探煤下山、-625m西四石門（13-1煤～11-2煤）、-625m～-550m西四11-2煤探煤上山、-625西四斜石門、-625m～-700m西四11-2煤探煤下山，-700m西四石門、-625m西四11-2煤探巷、-700m西四11-2煤探巷，累計巷探工程量2026m。

（2）井下鉆探：利用深部水平巷道布置施工了28個探8-1煤、11-2煤及13-1煤的地質鉆孔，累計鉆探工程量2664.8m。

（3）井下水文地質鉆探與物探：-700m西四～西五11-2煤探巷施工過程中，堅持“有掘必探”的防治水原則，采取超前鉆探、物探相結合的手段，查明巷道前方及底板方向的地質、水文地質條件，確保巷道安全施工。

4 深部水平補充勘探

4.1 -625m補勘工程布置

沿-625m西四～西五11-2煤施工探巷，利用11-2煤探巷施工8-1煤與13-1煤探煤鉆孔，每200m施工一組，原則上一組施工4個，平、仰、俯鉆結合，要求分別終孔于8-1煤底板及14煤頂板。

4.2 -700m補勘工程布置

沿-700m西四～西五8-1煤施工探巷，考慮深部采區煤層賦存不穩定，如果8-1煤探巷不能沿8-1煤層施工，可利用現有巷道向北施工探煤石門至14煤頂板，再沿石門揭露的可采煤層向西施工探巷。

利用8-1煤探巷施工11-2煤探煤鉆孔，每100m施工一組，原則上一組施工2個（1個平鉆、1個仰鉆），要求終孔于11-2煤頂板。

利用11-2煤探巷施工13-1煤探煤鉆孔，每100m施工一組，原則上一組施工2個（1個平鉆、1個仰鉆），要求終孔于14煤頂板。

4.3 井下重直鉆孔工程布置

由于巷探工程進度較緩慢，在深部水平自東向西進行巷探的同時，利用-550m水平的西五、西六石門布置井下立鉆，向-700m標高施工5個地質勘探鉆孔，其中在-550m西五石門附近施工3個，-550m西六石門附近施工2個，具體見表2所示。-550m西五井下立孔鉆孔布置剖面見圖1所示。

4.4 -700m水文地質超前鉆探及物探

-700m西四～西五11-2煤探巷掘進期間，由于系新水平新采區開拓巷道，必須堅持“有掘必探”的防治水原則，采用超前鉆探、物探相結合的方法，查明巷道掘進前方及底板方向的地質、水文地質情況。其中超前鉆探每組至少施工3個超前探測孔。

5 結束語

急傾斜煤層地層傾角大，地面鉆探施工難度較大且效果差，特別對于生產礦井，隨著開采深度增加，開采范圍內深部煤層對應地表多為塌陷區，利用地面補充鉆探鉆孔穿過整體移動帶，容易掉鉆、垮孔，造成報廢工程。結合礦井實際情況，本礦采用井下巷探、鉆探與物探相結合，并輔以井下立鉆等多種勘探手段進行深部地質補勘，勘探程度高，效果明顯，基本查明了深部水平開采范圍內的煤層賦存情況及較大構造發育規律，可以指導采掘設計與生產；此外，所施工探巷作為開拓工程，可直接服務于深部水平生產，在技術經濟上是可行的。新集三礦深部水平地質補勘方案的成功經驗能在同類礦井中推廣應用。

作者簡介：孫學興（1985，10-），男，安徽桐城人，本科，助理工程師，2008年畢業于安徽理工大學地質工程專業，現從事礦井地質技術及管理工作。