急傾斜煤礦深部水平地質(zhì)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(chǎn)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(zhì)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(zhì)及水文地質(zhì)特征，掌握深部各主采煤層的賦存與構(gòu)造發(fā)育情況，為深部資源的采掘設計與生產(chǎn)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：急傾斜煤層；深部資源；地質(zhì)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(nèi)，屬阜鳳逆沖斷層的上覆系統(tǒng)。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(zhì)條件更加復雜，斷裂構(gòu)造發(fā)育，煤層賦存不穩(wěn)定。

礦井采用立井集中大巷分區(qū)石門開拓方式，偽傾斜柔性掩護支架采煤法?，F(xiàn)有兩個生產(chǎn)水平，分別是一水平（-340m）和二水平（-550m）。-340m以上除受灰?guī)r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(jié)束，二水平各采區(qū)也已開采近半。為了滿足礦井生產(chǎn)接替和延長礦井服務年限，進行了深部水平地質(zhì)勘探工作。

2 礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)

2.1 礦井地質(zhì)特征

井田內(nèi)主要發(fā)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(gòu)造呈軸向近東西的不對稱倒轉(zhuǎn)褶曲形態(tài)，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(gòu)造復雜程度中等；下部倒轉(zhuǎn)翼傾向南，傾角變化大，多為20～30°，少數(shù)50～70°，小斷層較發(fā)育，且隨著深度的增加地質(zhì)條件更加復雜。

2.2 礦井水文地質(zhì)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(nèi)的主要含水體有新生界松散層水、煤系砂巖（構(gòu)造）裂隙水、灰?guī)r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(gòu)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(lián)系不暢。經(jīng)多年疏放，二水平以上已基本被疏凈，對礦井生產(chǎn)無安全威脅。深部水平地質(zhì)及水文地質(zhì)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(gòu)造造成集中出水，影響巷道安全施工。

太原組灰?guī)r地層平均累計厚度約115m，共發(fā)育灰?guī)r13層（C31～C313），灰?guī)r累計厚度約占60%。其中，C33與C35巖溶發(fā)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(shù)T=162.58m2/d，儲水系數(shù)U*=4.89×10-5，滲透系數(shù)K=13.558m/d。太原群灰?guī)r存在淺部賦水性較強，深部賦水性相對較弱，層內(nèi)水力聯(lián)系較強，層間水力聯(lián)系較弱等特點，是威脅1、3煤開采的主要含水層。

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

3 深部水平現(xiàn)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(nèi)可采煤層有13-1、11-2、8-1共三層煤，全部位于井田倒轉(zhuǎn)褶曲下翼，地層倒轉(zhuǎn)，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(zhì)控制程度很低，深部水平開采范圍內(nèi)僅有地質(zhì)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(zhì)鉆孔，累計鉆探工程量2664.8m。

（3）井下水文地質(zhì)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(jié)合的手段，查明巷道前方及底板方向的地質(zhì)、水文地質(zhì)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(jié)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(qū)煤層賦存不穩(wěn)定，如果8-1煤探巷不能沿8-1煤層施工，可利用現(xiàn)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(zhì)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(zhì)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(qū)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(jié)合的方法，查明巷道掘進前方及底板方向的地質(zhì)、水文地質(zhì)情況。其中超前鉆探每組至少施工3個超前探測孔。

5 結(jié)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(chǎn)礦井，隨著開采深度增加，開采范圍內(nèi)深部煤層對應地表多為塌陷區(qū)，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(jié)合礦井實際情況，本礦采用井下巷探、鉆探與物探相結(jié)合，并輔以井下立鉆等多種勘探手段進行深部地質(zhì)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(nèi)的煤層賦存情況及較大構(gòu)造發(fā)育規(guī)律，可以指導采掘設計與生產(chǎn)；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(chǎn)，在技術(shù)經(jīng)濟上是可行的。新集三礦深部水平地質(zhì)補勘方案的成功經(jīng)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(yè)于安徽理工大學地質(zhì)工程專業(yè)，現(xiàn)從事礦井地質(zhì)技術(shù)及管理工作。