地質(zhì)測(cè)井技術(shù)劃分煤體結(jié)構(gòu)研究

■劉國(guó)平

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊(duì)甘肅平?jīng)?44000）

地質(zhì)測(cè)井技術(shù)劃分煤體結(jié)構(gòu)研究

■劉國(guó)平

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊(duì)甘肅平?jīng)?44000）

煤礦與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，然而隨著人們對(duì)資源需求量的不斷加大，礦產(chǎn)資源挖掘工作的危險(xiǎn)系數(shù)以及困難程度不斷加大。因此，采取有效的措施合理的劃分煤體結(jié)構(gòu)，預(yù)測(cè)煤層瓦斯突出，有著極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

地質(zhì)測(cè)井技術(shù) 劃分煤體結(jié)構(gòu) 瓦斯突出

煤體結(jié)構(gòu)的破壞必然會(huì)導(dǎo)致瓦斯突出，嚴(yán)重的影響作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。預(yù)測(cè)瓦斯突出的目標(biāo)是了解煤體被破壞的程度以及瓦斯的分布規(guī)律。地質(zhì)構(gòu)造的展布與煤體結(jié)構(gòu)的破壞存在一致性，因此，可以通過預(yù)測(cè)地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測(cè)煤體的破壞情況。但是上述預(yù)測(cè)只能作為定性估計(jì)，并不能定量的劃分采煤區(qū)的煤體結(jié)構(gòu)。本文以礦井A為研究對(duì)象，利用煤體破壞規(guī)律等步驟成功的劃分了礦井的突出危險(xiǎn)性區(qū)域。

1 井田概述

礦井a(chǎn)隸屬煤田A，煤田A位于華北板塊南緣，是一處東西向的構(gòu)造盆地。南北兩側(cè)因?qū)_形成推復(fù)結(jié)構(gòu)，而盆底則為北西向的寬緩向斜結(jié)構(gòu)。礦井a(chǎn)的形態(tài)為單斜構(gòu)造，地層傾角在5°到10°范圍之間，地層走向?yàn)楸蔽魑?南東東，并呈現(xiàn)出“淺部陡深部緩”的趨勢(shì)。A礦東西長(zhǎng)約9.2km，傾斜寬5.5km，總面積50，預(yù)計(jì)每年能夠出產(chǎn)煤資源300萬噸。礦井a(chǎn)主采二疊系下統(tǒng)石盒子組13-1煤層，深埋400m到900m。煤層中含有厚約1m到8m的中灰、低磷、低硫氣肥煤，平均4m，是一處比較穩(wěn)定的煤層。夾矸多為1到2層，主要分布于煤層的底部或是頂部，屬炭質(zhì)泥巖及泥巖巖性（底部為砂質(zhì)泥巖及泥巖，頂部為粉細(xì)砂巖及泥巖）。基于以上信息，礦井a(chǎn)選用了“立井—集中運(yùn)輸大巷—分采區(qū)”石門開拓方式，利用水平上、下山聯(lián)合布置，第一、二水平依次為650m和830m，東、西兩翼的采煤方法分別為長(zhǎng)壁后退式采煤方法以及走向長(zhǎng)壁前進(jìn)式采煤方法，通風(fēng)方式被確定為兩翼對(duì)角式通風(fēng)。

2 構(gòu)造煤的地質(zhì)分布規(guī)律

我們將因地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力作用破壞原生結(jié)構(gòu)的煤稱為構(gòu)造煤。為了了解礦井a(chǎn)的13-1煤層的分布規(guī)律，對(duì)正在開采的不同位置的6個(gè)工作面進(jìn)行了觀測(cè)。得出如下三個(gè)特征規(guī)律：第一，葉集背斜的南翼的煤層松軟易破碎，厚度約為4.5m,傾角約為7°。整個(gè)煤層構(gòu)造呈現(xiàn)出層、團(tuán)、塊狀等多種形態(tài)，原生結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，已有明顯的砂糖狀、碎裂狀、鱗片狀、土狀等構(gòu)造特征，構(gòu)造煤發(fā)育現(xiàn)象比較普遍，因此，我們可以推測(cè)該地區(qū)發(fā)生過大型的層間滑動(dòng)。第二，董崗郢向斜軸部煤層厚度約3.8m，有上、下兩層構(gòu)造煤，分別呈現(xiàn)碎粒狀以及碎裂狀，煤體破碎程度以及煤體的厚度自北向南略有增加的趨勢(shì)，在與葉集背斜的南翼煤層交匯處，有明顯的扭動(dòng)、彎滑現(xiàn)象，煤層出現(xiàn)帶狀破壞。第三，董崗郢向斜北翼的煤層相對(duì)而言較為穩(wěn)定，厚度約為3.6m，傾角約為10°，煤體結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，呈塊狀姿態(tài)分布，有明顯的原生條帶結(jié)構(gòu)。構(gòu)造煤發(fā)育較少，僅出現(xiàn)在煤層下部，且面積并不是很大，因而得出該地區(qū)未遭受大的破壞，煤層采掘工作可以順利開展。

3 構(gòu)造煤的地球物理測(cè)井響應(yīng)特征

煤田地質(zhì)勘探獲取構(gòu)造煤的地球物理測(cè)井響應(yīng)特征的工作依賴于大量的測(cè)井工作，最常見的有六種：第一，視電阻率電位測(cè)井。這種測(cè)井辦法利用將通有一定強(qiáng)度電流的電極系放入井內(nèi)的辦法實(shí)施。因?yàn)殡姌O帶有電流，在沿井身移動(dòng)的過程中會(huì)出現(xiàn)電位的變化，因而記錄電位變化可以得出電阻率的變化情況。電阻率的增減與瓦斯的含量正向相關(guān)，煤層破壞程度越低，視電阻率也將越低。第二，自然電位測(cè)井。此法與視電阻率電位測(cè)井法相似，區(qū)別在于不需要向電極通電，而是選擇了兩個(gè)電極一起完成工作。將一個(gè)電極固定于地面，將另一個(gè)電極放入井下，在電極沿井身移動(dòng)的過程中會(huì)出現(xiàn)電位的變化，因此可以獲知井內(nèi)產(chǎn)生的自然電場(chǎng)沿剖面的變化情況。第三，自然伽瑪測(cè)井。利用測(cè)量巖石中的放射性元素的含量確定煤層的構(gòu)造，構(gòu)造煤層結(jié)構(gòu)經(jīng)過了一系列的發(fā)育階段，放射性元素較少，因此在構(gòu)造煤發(fā)育較高的部位，往往會(huì)出現(xiàn)伽瑪值過低的異常情況。第四，人工伽瑪測(cè)井。此法需要在鉆孔內(nèi)放置放射源，利用測(cè)量巖石散射的射線強(qiáng)度預(yù)測(cè)地層結(jié)構(gòu)。構(gòu)造煤破壞程度高，媒體疏松，密度較小，吸收的射線較少，反射的射線就會(huì)比較多。第五，井徑測(cè)井。因?yàn)闃?gòu)造煤層強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)松軟，井徑也相對(duì)較大。第六，聲波時(shí)差測(cè)井。此法利用聲波的傳送時(shí)間預(yù)測(cè)巖層的特征。瓦斯含量增加，聲音的傳播速度會(huì)降低，聲音“發(fā)出”到“返回”的時(shí)間就會(huì)增加。

4 地質(zhì)測(cè)井技術(shù)劃分煤體結(jié)構(gòu)

根據(jù)煤體的宏觀特征的不同，我們可以將之劃分為四種形式：原生煤、碎裂煤、碎粒煤以及糜棱煤，根據(jù)煤體的形式初步確定構(gòu)造煤的分布，再結(jié)合井下掘進(jìn)巷道和回采工作面的煤壁，就可以準(zhǔn)確劃分煤體結(jié)構(gòu)、確定煤層厚度。人們將地質(zhì)規(guī)律、測(cè)井曲線和井下觀測(cè)相結(jié)合，利用這三者對(duì)比驗(yàn)證煤體結(jié)構(gòu)以及構(gòu)造煤的分布，并將之稱為地質(zhì)測(cè)井技術(shù)。

5 預(yù)測(cè)瓦斯突出

揉皺系數(shù)是用來描述煤的破壞類型，用以反映煤層總體破壞程度的一項(xiàng)重要的指標(biāo)。揉皺系數(shù)與碎裂煤的厚度、碎粒煤和糜棱煤的厚度和、煤層總厚度相關(guān)。數(shù)值越大，說明煤層被破壞的程度越高。為研究礦井a(chǎn)的煤層破壞程度，可以將該礦的鉆孔煤體結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，分別計(jì)算各鉆孔煤層的揉皺系數(shù)，就可以獲知煤層的破壞程度。為了研究礦井a(chǎn)的煤層瓦斯賦存條件,可以研究煤層的頂板巖性。經(jīng)研究a礦葉集背斜南翼頂?shù)耐咚官x存條件較好，葉集背斜軸和董崗郢向斜軸之間的瓦斯賦存條件差。另外，a礦勘探線東邊瓦斯大,而探測(cè)線西邊瓦斯較小。根據(jù)以上可以獲知a礦煤層的破壞程度以及瓦斯存儲(chǔ)規(guī)律，也就可以對(duì)a礦的作業(yè)區(qū)進(jìn)行劃分：非瓦斯突出區(qū)、瓦斯突出威脅區(qū)、瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)。比較預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際情況，可知在非瓦斯突出區(qū)域未發(fā)生過瓦斯突出現(xiàn)象，而所有的瓦斯突出主要集中于瓦斯突出威險(xiǎn)區(qū)。因此，可以得知預(yù)測(cè)結(jié)果具備準(zhǔn)確性，繼而證明預(yù)測(cè)可行。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，利用地質(zhì)測(cè)井技術(shù)劃分煤體結(jié)構(gòu)具備科學(xué)性、準(zhǔn)確性，值得在煤體結(jié)構(gòu)劃分過程中應(yīng)用、推廣。技術(shù)人員應(yīng)準(zhǔn)確的把握構(gòu)造煤的規(guī)律、特點(diǎn)，深入的研究各種地質(zhì)測(cè)井技術(shù)，相信對(duì)煤礦企業(yè)的發(fā)展也能夠產(chǎn)生巨大的作用。

[1]王保玉.晉城礦區(qū)煤體結(jié)構(gòu)及其對(duì)煤層氣井產(chǎn)能的影響 [D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），2014（10）.

[2]張?jiān)S良，單菊萍，彭蘇萍.地質(zhì)測(cè)井技術(shù)劃分煤體結(jié)構(gòu)探析 [J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010（12）.

[3]郭濤，王運(yùn)海.延川南煤層氣田2號(hào)煤層煤體結(jié)構(gòu)測(cè)井評(píng)價(jià)及控制因素 優(yōu)先出版[J].煤田地質(zhì)與勘探，2014（06）.

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-151-1

劉國(guó)平（1964～），畢業(yè)于陜西煤校地球物理勘探專業(yè)，研究方向?yàn)槲锾?、測(cè)井。