深部構造復雜區煤炭資源勘查方法研究

汪國順*，竇新釗

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深部構造復雜區煤炭資源勘查方法研究

汪國順*，竇新釗

（安徽省煤田地質局勘查研究院，安徽合肥，230088）

分析了張樓單集井田煤層及構造特征對勘查手段和勘查模式的影響，強調區域地質背景和勘查區內已有資料研究的重要性,強調經濟快速勘查對地質開采技術條件信息的獲取。對張樓單集井田的勘查方法、鉆探工程勘查線距、鉆探工程的布置、地質信息采集等特點進行了系統總結，提出了構造復雜性、煤層賦存規律是影響深部構造復雜區鉆探工程布置的主要因素，建立了深部構造復雜區的勘查模式，即：對區域構造格局和淺部地質資料、勘查區內已有地質資料進行綜合分析研究，采取先地震勘查，再鉆探驗證，并輔以測井檢測、采樣測試等方法的綜合模式。

深部；煤炭資源；構造復雜區；張樓單集；勘查方法；鉆孔布置

引言

淮北煤田是我國重要的能源基地之一，煤礦開采已有50多年的歷史，為我國經濟發展做出了重大貢獻。截止到2014年，生產礦井和在建礦井60處，保有資源量1098111萬t,占已探明的淮北煤田保有資源量的80.2%。已探明的煤炭資源量很大一部分在-1000m以下，隨著淺部資源開采殆盡，礦井生產急需深部資源接續，因此，在深部構造復雜區的勘查是今后的重點，但其勘查難度和風險非常大。例如，淮北煤田張樓單集井田就是深部構造復雜區勘查的成功范例：井田被大型斷裂構造切割成幾個斷塊，構造復雜，煤層賦存條件變化較大，煤層埋藏深度一般在-280以深。總結張樓單集井田的勘查方法，對今后安徽省兩淮煤田乃至我國東部地區深部復雜區煤炭資源勘查具有重要的指導意義。

1 區域地質特征

淮北煤田位于華北板塊徐淮地塊內的淮北斷褶帶中，東部接近郯廬斷裂和雙溝推覆帶,南與蚌埠隆起相毗鄰。除煤田的東部邊緣地區外，區內構造的形成和發展主要表現為板內構造變形。而其控煤構造主要表現為斷塊、褶皺控煤構造和滑脫控煤構造三種形式。其主體構造線有近EW向和NEE兩組（圖1），地層屬華北地層大區東南緣的黃淮地層區，除中奧陶世晚期至早石炭世地層缺失外，其它各時代地層發育齊全。

圖1 淮北煤田地質構造綱要圖圖

Figure 1 Structural outline map of Huaibei Coalfield

2 井田地質特征

2.1 地層特征

區內基巖均隱伏于新生界松散層之下，經鉆孔揭露，地層自下而上分別為奧陶系老虎山組，石炭系本溪組、太原組，二疊系山西組、下石盒子組、上石盒子組、孫家溝組。局部地段發育有古近系“紅層”，“紅層”厚度變化大，兩極厚度0～653.00m。第四系與新近系地層厚度為172.00m～326.85m，含煤地層主要為二疊系的上、下石盒子組和山西組。含煤地層揭露最大厚度為830m，含煤26層，含煤系數為2.2%。

2.2 構造特征

張樓單集井田位于淮北煤田西部的渦陽礦區內，井田邊界均為大型斷裂構造，東界有黃殷斷層，西界有馬寨斷層，北界有孟集斷層和趙樓斷層，南界有中心集斷層（見圖1）。井田構造形態主要受區域構造控制。區域性豐渦斷層由北向南穿過井田并與高爐斷層、單集斷層和F4斷層，將井田煤系地層切割成網格狀斷塊，斷塊往往呈塹壘結構(圖2、圖3)。斷塊內大斷層常伴生小構造，且發育次級褶曲。斷層性質均為正斷層，走向與區域構造相近，主要走向為近EW向和NNE、NNW向。地層走向在不同斷塊表現不同，主要有近SN向和EW向，地層傾角一般為10～25°，可采煤層的埋深在不同斷塊內變化較大，在高爐斷層以北，煤層埋深標高在-900m以淺；在高爐斷層與F4斷層之間，煤層埋深標高在-1000m以深；F4斷層以東，煤層埋深標高在-280m以深。

井田內巖漿巖較發育，巖漿常沿7、8煤層或其頂、底板軟巖層侵入，對煤層結構造成嚴重破壞，受巖漿的影響，煤層變薄，或變質為天然焦。

圖2 張樓單集井田造綱要圖

Figure 2 Structural outline map of Zhanglou-Shanji Minefield

圖3 張樓單集24勘查線構造剖面

圖4 張樓單集S3勘查線構造剖面

3 井田勘查方法

井田煤系地層完全隱伏于新生界松散層下，地勢平坦，潛水面較淺，在潛水面下3～5m，多為粘土質砂與粉砂互層，淺層地震波激發條件較好。區內煤系地層沉積較穩定，深層地震激發條件較好，有五組可連續追蹤對比的反射波（組），能有效解譯深部煤層形態和識別斷裂構造。區內測井曲線煤巖層間特性差異明顯，具有多種不同的形態和異常組合特征，利用測井曲線能可靠的劃分巖（煤）層的巖性，確定巖（煤）層的厚度和深度。因此，采用地震、鉆探、測井、采樣測試等手段相結合，即“地震先行、鉆探驗證、測井檢測”的綜合勘查方法。其中地震主要解決構造問題，鉆探、測井和采樣測試相結合解決地層、煤層、煤質、水文地質和工程地質等其它問題。本次勘查是在普查基礎上，將詳查與勘探統籌考慮，為加快勘查進度，在總的勘查費用不變情況下，分步實施，并保留一定數量機動鉆孔，以便勘查中對設計調整。

3.1 鉆探工程勘查線距選擇

影響鉆探工程勘查線距布置的主導因素是井田內構造復雜程度和煤層的穩定性。井田構造類型總體為斷塊構造，斷塊內地層基本呈單斜，地層主要傾向NNW和NNW，傾角一般為10～20°。以斷裂構造為主，落差大于等于20m斷層121條，其中落差大于等于100m的斷層39條，落差大于等于50m而小于100m的斷層54條。僅發育小型次級褶曲，局部有巖漿巖，構造復雜程度為中等，局部偏復雜。井田內含可采煤層7層：3-1、3-2、7、8、10-1、10-2、11煤層，可采煤層平均總厚為8.23m，其中3-2、7、8、10-2煤層為較穩定煤層，平均總厚6.07m，占可采煤層總厚的 73.6％。以厚度占優勢的較穩定煤層來選擇基本線距。因此，確定井田基本勘查線距為500m～1000m，布置勘查線應盡可能垂直于線狀構造。

3.2 鉆探工程布置

鉆探工程是勘查煤層和構造的最有效方法，在布置鉆孔時應做到目的明確、重點突出、兼顧一般、一孔多用，以較少的鉆探工程解決較多的地質問題，有針對性的布置，并盡可能布置在地震測網的交點或地震測線上。便于對鉆探與地震資料綜合研究，精準控制煤層分布和構造展布，以較小的工程費用最大化地獲取煤層、構造、水文和煤質、瓦斯、工程地質條件等信息。為此，要盡可能收集周邊礦井的煤層與構造資料，結合井田先期地震資料和淺部的鉆孔資料，綜合分析研究井田煤層賦存特征和構造特點，以減少勘查成本，降低勘查風險。

由于受復雜構造的影響，煤層在不同斷塊內埋葳深度變化較大。布置鉆孔時應優先考慮煤層埋藏相對較淺、含煤面積大，資源量占優的塊段作為重點區塊，由淺到深，由簡單到復雜，重點布置鉆孔，鉆孔密度受構造對煤層控制程度的影響而變化。在重點區段的深部或其它煤層埋藏較深的塊段，可依據淺部或相鄰塊段的煤層賦存規律和構造發育特點，推斷深部或相鄰斷塊的含煤地層聚煤規律，有選擇地布置鉆孔。

深部勘查費用高，鉆孔要盡可能多的獲取地質信息。為更好完成本次勘查任務，在勘探階段中期，由煤礦設計院提出井田初步設計方案。依據初步設計方案，設計增加了采取井底車場和大巷的巖石物理力學性質樣。深部煤層瓦斯含量往往比淺部高，增加深部煤層瓦斯樣采取的數量。

3.3 勘查結果

采用上述勘查方法和鉆孔布置原則，井田內共施工鉆孔135個，工程量109938.60m。經過本次勘探，控制了井田邊界斷層、詳細查明先期開采地段內落差等于和大于30m的斷層，詳細查明了可采煤層的層位、厚度和可采范圍。井田獲得煤炭資儲量37314萬t,另獲天然焦資源量3211萬t，可供建設180萬t/a的大型礦井。經濟效益顯著。

４ 結束語

（1）對于深部構造復雜區，要根據勘查區的構造特征和煤層的賦存狀態，從區域構造背景入手，加強對區域構造格局和控煤構造式樣的研究。對井田內已有的各類地質資料和周邊礦井地質資料要進行綜合分析研究，合理使用。

（2）在勘查手段選擇上，采取先地震勘查后鉆探驗證，輔以測井、采樣等其它方法。針對深部構造復雜區的煤炭資源特點，增加獲取地質開采技術條件信息。

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Study on Exploartion Methods of Coal Resources in Deep Structure Complex Area

ＷANG Guoshun*, DOU Xinzhao

(Exploration and Research Institute, Anhui Bureau of Coal Geological Exploration, Anhui Hefei, 230088,China)

The influence of coal seam and structural features on exploration method and exploration model in Zhanglou-Shanjicoal mine is analyzed, the importance of studying regional geological background and existing data in exploration area is emphasized, and emphasis is given to the acquisition of technical conditions for geological mining by rapid economic exploration. This paper systematically summarizes the prospecting methods, the distance of drilling engineering survey, the arrangement of drilling engineering, and the collection of geological information, pointed out that the complexity of structure and the law of occurrence of coal deposits are the main factors that affect the layout of drilling engineering in complex structures of deep structures, and set upthe exploration model of deep structure complex area. The exploration model is based on the analysis of regional tectonic framework and shallow geological data. It is a comprehensive study of seismic prospecting, drilling and verification, along with logging, sampling and testing.

deep part; coal resource; structure complex area; Zhanglou-Shanji coal mine; exploration method; drilling arrangement

ＷANG Guoshun, DOU Xinzhao. Study on Exploartion Methods of Coal Resources in Deep Structure Complex Area[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 174-175.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.071

TD166

Ａ

1672-9129(2017)05-0174-02

2017-01-17；

2017-02-20。

汪國順（1963-），男，安徽東至人，畢業于淮南礦業學院煤田地質勘查專業，高級工程師，現從事煤田地質勘查與研究工作。E-mail: 908150482@qq.com

汪國順, 竇新釗. 深部構造復雜區煤炭資源勘查方法研究[J]. 數碼設計, 2017, 6(5): 174-175.