綜合勘查技術在山西煤炭資源勘探中的應用

蘆　笛

(山西省煤炭地質水文勘查研究院，山西 太原　030006)

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綜合勘查技術在山西煤炭資源勘探中的應用

蘆笛

(山西省煤炭地質水文勘查研究院，山西 太原030006)

分析了山西省潞安礦區井田地質構造的特征，從鉆探技術與地震勘探技術兩方面，闡述了綜合勘查技術在潞安礦區煤炭勘探中的應用，指出采用綜合勘探技術既保證了勘探結果的準確率，又節約了勘探成本。

礦區，煤炭，鉆探技術，地震勘探技術

0　引言

經歷了“煤炭十年黃金期”之后，受全球經濟低迷和我國環保政策實施的影響，全球煤炭消費量下降明顯，供大于求矛盾尖銳，煤炭價格近乎腰斬，各大煤炭企業也進入虧損期。但是2015年我國煤炭消費量依然達到39.65億t，占到全球總煤炭消費量的1/2左右，可見煤炭在我國一次性能源中的主體地位近期無可撼動。山西省作為我國第一產煤大省，在輸出煤炭方面起著重要作用，因此加大煤炭勘查技術研究，提高準確率，成為當前降低煤炭企業支出的重要途徑之一[1]。

1　山西省潞安礦區井田地質構造特征分析

山西潞安集團是省內七大煤炭集團之一，下屬有五大礦區，集團煤炭總產量持續突破7 000萬t。該集團在山西省內的礦區主要分布于華北地區呂梁、太行一帶，由于受燕山運動及太行山背斜影響，該區域構造以斷裂為主，褶皺也發育較多。其中幾條主要斷層及其產狀特征如表1所示。

表1　潞安礦區主要斷層名稱及構造特征

本礦區的主要含煤地層為二疊系下統山西組和石炭系上統太原組，含煤地層總厚度約為163 m，可采煤層為7-12層，其中主采3號煤，厚度4.2 m～7.3 m。

2　綜合勘查技術在潞安礦區煤炭勘探中的應用

對煤炭資源勘探技術的選擇需結合當地的具體地質條件，由于潞安礦區含煤地層大部分被新生界地層覆蓋，主要可采煤層均未出現露頭，所以采用鉆探和地震勘探技術相結合是最為有效的辦法之一，再輔以測井及遙感等勘探技術[2]。

2.1鉆探技術在潞安礦區煤炭勘探中的應用

在2008年期間，受相關部門委托，某地質大隊共調來了5臺鉆機對潞安礦區東南部進行了鉆探勘查，共打鉆孔16眼，其中最深達到680 m，最淺為320 m。下面對這次施工進行詳細介紹分析。

1)鉆探設備。

本次工程所應用到的鉆探設備型號見表2。

表2　鉆探設備詳情

由于在不同的鉆進階段所使用的鉆頭不同，因此本工程共設計了3套鉆頭鉆具，具體如表3所示。

2)工藝參數設計。

本工程所用的泥漿性能參數如下：pH值7～10；粘度20～25；含砂量小于4%；失水量15 mL/30 min；泥餅厚度小于0.5 mm；比重為1.0～1.1。而鉆進工藝參數主要根據實際經驗及現場試驗得到，具體如下：

a.鉆壓Q在中硬地層為0.4 kN/cm2～0.5 kN/cm2；硬地層為0.6 kN/cm2～0.85 kN/cm2；

b.轉數范圍n=350/min～800/min；

c.泵量應不大于100 L/min。

表3　鉆頭鉆具配置詳情

3)鉆進施工分析。

保證鉆機平穩及鉆孔垂直，在鉆進中鉆壓、轉速、泵量等參數不得同時達到極限值，根據實際施工進行調節。在鉆進途中應及時測斜，保證鉆孔質量。在正常鉆進期間禁止無故提鉆。設置合理回次提鉆長度，檢查鉆頭的磨損情況。

在煤系地層鉆進時，應由技術經驗豐富的工人掌握鉆機，中途無特殊原因不得換人。要求打煤的第一個回次小于0.5 m，正常鉆進回次進尺小于1.5 m[3]。在塊煤地層可加大泵量，粉煤地層減小泵量。要特別將煤層頂底板高程記錄清楚，如果在煤層中鉆進時出現進尺尺寸變化較大等異常現象，需立即提鉆并分析原因。在煤層取芯時應提前關水，待巖粉沉淀后再干鉆10 cm之后進行提鉆。本工程的鉆探質量較好，鉆孔合格率達到90%以上，取芯也較為完整。

2.2地震勘探技術在潞安礦區煤炭勘探中的應用

地震勘探技術具有高精度、高分辨率等突出優點，目前在石油、天然氣、礦產資源等勘查工作中被廣泛應用。該技術的本質原理是人工激發地震波，利用地震波在不同巖層中的彈性差異來查明地層及主要構造。本工程主要是利用地震波來進一步確定可采煤層中褶曲、斷層、陷落柱等對后續采煤工作面布置影響較大的地質構造[4]。

1)地震勘探技術對褶曲的探測。

如果僅僅依靠鉆探則只能推斷大范圍內的煤層分布情況，對中間的小型地質構造不可能查明。地震勘探技術可以清楚地得到一定范圍內地層的褶曲形態(見圖1)。根據地震波的傳播時間，再經過時深轉換就可以較為真實地反映褶曲的背斜與向斜的詳細情況。在圖1中可以看到，如果鉆探位置沒有在褶曲范圍內，技術人員會推斷煤層傾斜分布，直接影響了后續的采煤設計。

2)地震勘探技術對斷層的探測。

遇到斷層時，地震波往往呈現扭曲、錯斷、強相位轉換等特點，通過在縱向上描繪斷點的傾向、落差、傾角等信息可以準確判斷斷層形態(見圖2)[5]。目前最先進的三維地震勘探技術可探測落差在5 m以上的斷層，且準確率超過75%。但是隨著精度越高其探測成本越大，因此從經濟方面考慮，本項目將斷層落差值設定在10 m以上。

圖1　地震勘探技術　　　　　圖2　地震勘探技術測得地層中褶曲的形態　　　　測得地層中斷層的形態

3)地震勘探技術對采空區、陷落柱的探測。

采空區和陷落柱都對采煤安全有著重大影響，其地震波形態反應也類似，但陷落柱的范圍一般較小。采空區和陷落柱與周圍正常巖層的密度、統一性存在很大差距，地震波一般顯現出雜亂或干脆消失等現象[6]。在本次探測中共發現8處采空區及陷落柱，經過后期詳細探測后其正確率超過80%。

3　結語

煤炭資源勘查作為建井前期最重要的準備工作，其投入成本巨大，對后續建設規劃也起著決定性影響。本文介紹了鉆探和地震勘探技術的結合應用，有效節約了勘探工作的成本，這對當下資金緊張的煤炭企業來說是很有意義的。鉆探技術可以大范圍地真實反映地層發育情況，而地震勘探技術作為一種有效的補充手段在確定中小型地質構造中表現良好。

[1]劉志遜，陳河替，黃文輝.我國煤炭資源現狀及勘察戰略[J].煤炭技術，2015，24(10)：1-2.

[2]薄鵬毅.基于煤炭地質綜合勘察技術的研究[J].能源與節能，2015(5)：21-22.

[3]曹代勇，李小明，占文鋒，等.深部煤炭資源勘查模式及其構造控制[J].中國煤炭地質，2008(10)：18-21.

[4]許崇寶，王晶，曾愛平.地震勘探技術在煤炭勘查中的應用與展望[J].山東國土資源，2016，32(1)：1-8.

[5]魏迎春，曹代勇，夏水翊，等.復雜地質條件區煤炭資源勘查方法探討[J].煤炭工程，2014，46(3)：115-117.

[6]孟慶偉，侯強，陳劍清.繩索鉆探技術在新疆煤田勘查中的應用[J].西部探礦工程，2015，17(12)：197-198.

On application of integrated exploration technology in coal resource survey and exploration in Shanxi Province

Lu Di

(ShanxiCoalGeologicalProspectingInstituteofHydrology,Taiyuan030006,China)

The paper analyzes the features of the geological structures of Lu’an Mining Area of Shanxi, illustrates the application of the integrated exploration technology in coal resource survey and exploration in Lu’an Mining Area from the drilling technique and earthquake exploration, and points out the technique can ensure the accuracy of the exploration result and save the exploration cost.

mining area, coal, drilling technique, seismic prospecting technique

1009-6825(2016)21-0080-02

2016-05-16

蘆笛(1984- )，男，工程師

P621

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