綜合勘探法在三聚盛煤礦地質勘探的應用

仝新民

(山西煤炭運銷集團 三聚盛煤業(yè)公司,太原 030000)

隨著我國煤礦井下高產(chǎn)高效綜采技術的全面推廣,煤礦井下煤層地質構造勘探對煤礦安全高效開采影響越來越顯著。目前常規(guī)的地質鉆探孔較淺,鉆孔的軌跡難以精確地測量,可能會導致巷道超前探測不明,從而影響到煤礦巷道的安全高效掘進[1]。石智軍[2]等研究了隨鉆測量定向鉆進技術在煤礦井下地質勘探中的應用,葉永露[3]研究了鉆探施工及分析在地質勘探中的應用。本次設計采用地質鉆探為主,測井為輔,同時結合各類樣品測試等綜合勘探手段,探明煤層賦存特征及風氧化帶范圍[4],從而為礦井開采及首采區(qū)布置提供可靠的地質資料。

1　一采區(qū)概況

三聚盛煤業(yè)公司是山西煤炭運銷集團太原公司的主力基建礦井之一,根據(jù)批復的變更設計,在巷道開拓布置上,由于接近井田邊界,受風氧化帶影響,地質條件發(fā)生了較大變化,特別是揭露的9#煤頂?shù)装鍘r性及煤層賦存厚度均出現(xiàn)了較大的變化,與設計采用的地質報告有較大的出入。隨著巷道逐漸延伸,給巷道的施工及首采面的布置造成了較大的困難。雖然全井田范圍內(nèi)地質勘探程度已經(jīng)達到設計要求,但在一采區(qū)由于煤層接近露頭地質條件復雜,加之對該采區(qū)巖層賦存特征、風氧化帶范圍控制程度較低，以及煤層缺失范圍不明等因素影響,勘探及試采中所揭露的礦井地質情況與原勘探報告有出入,因此,對三聚盛煤業(yè)公司一采區(qū)實施地質補勘,進一步查明煤層及頂?shù)装遒x存特征及煤層風氧化帶范圍是非常必要的。這一工作對于進一步完善首采面的布置、保證礦井安全建設、按期完成礦井驗收具有重要價值。

三聚盛煤業(yè)公司設計開拓煤層為9#煤,水文類型中等,地質條件簡單。一采區(qū)位于井田南部,上覆下伏無可采煤層,低于奧灰水位。在井田南部(一采區(qū)南部)9#煤出露,形成風氧化帶。地質報告論述煤層平均厚度11 m,9#煤頂板為L3灰?guī)r,地層產(chǎn)狀大致為一個次一級寬緩的褶曲,而巷道施工揭露煤層頂板為泥巖、桃花泥巖互層,地層起伏、煤層厚薄有明顯變化。

2　一采區(qū)地質補勘施工項目方案

項目實施方案由三聚盛煤業(yè)公司提出,委托山西地寶能源有限公司進行設計,并負責鉆探工程施工,提交勘探成果。根據(jù)前期地質資料及礦井建設揭露的地質條件,結合地形,重點考慮初步設計的首采面位置進行補充勘探,本次設計4個勘探鉆孔,分別布置在首采面內(nèi)及其周圍,以地質鉆探為主,測井為輔,同時結合各類樣品測試等綜合勘探手段,探明煤層賦存特征及風氧化帶范圍。設計鉆探工程量675 m,其中1號孔155 m,2號孔100 m,3號孔210 m,4號孔210 m,均為地質鉆孔。分別采取9#煤煤芯煤樣和9#煤頂板以上30 m、底板以下30 m 巖樣進行分析,測定巖石物理力學指標。

3　現(xiàn)場施工及技術要求

首先由地質技術負責人根據(jù)設計現(xiàn)場進行踏勘定樁,其次施工單位負責設備到場安裝,施工沉淀水池、蓄水池等配套設施,礦方負責整平場地、修整道路、水電供應,最后由監(jiān)理方負責監(jiān)督、驗收。

施工過程中三聚盛煤業(yè)公司地質技術負責人一天兩次對施工鉆孔現(xiàn)場勘查,分析辨認地層層位、巖性特征,測量鉆孔深度,每日上報工程進度及揭露的巖性特征。在揭露煤層時連同監(jiān)理方、施工方共同驗收煤樣提取、收集的完整率,檢查施工記錄,分析水位、鉆孔漏水等具體情況,編制施工日志。鉆孔揭露煤層再向下施工30 m后終止,通知測井,三方共同驗收鉆孔的深度、煤巖取芯率,根據(jù)測井資料分析鉆探記錄土層距離、巖石巖性層位、揭煤點位置及鉆孔傾斜度,對提取的煤巖芯礦方拍照保存,便于為今后礦井生產(chǎn)地質預測預報、判斷揭露的地層層位提供依據(jù)。

施工過程中,BK2號鉆孔累計施工96.7 m,穿過本溪組進入奧灰2.5 m停止,未探測到煤層,經(jīng)礦方與施工方研究決定,在BK1與BK2之間補打了BK5鉆孔,進一步探明、驗證,推斷BK2無煤區(qū)的范圍。

4　勘探成果評價

本次共施工5個鉆孔,鉆孔編號依次為:BK1、BK2、BK3、BK4、BK5,鉆探總工程量754.71 m,物探測井實測米數(shù)707.20 m, 補充勘探工作量，如表1所示。

表1　補充勘探工作量表Table 1　Workload of geological supplement exploration

5個鉆孔中有4個鉆孔采取了9#煤層煤芯煤樣,BK2鉆孔中9#煤層被風化剝蝕。根據(jù)鉆探工程控制,9#煤層上部的4#、7#煤層均已尖滅、剝蝕,賦煤區(qū)分布于一采區(qū)大部,東部、南部局部有剝蝕無煤區(qū),確定了風氧化帶的范圍。補勘前等高線圖及風氧化帶預測圖見圖1。

圖1　補勘前等高線圖及風氧化帶預測圖Fig.1　Contour map before supplement exploration and predication of efflorescent oxygenized belts

一采區(qū)9#煤層探測煤層厚度為3.60 m～11.70 m,平均8.80 m;在中南部-南部的BK1號鉆孔一帶煤層厚度相對較薄,有向四周逐漸增厚的趨勢。9#煤層頂板巖性局部為L1石灰?guī)r或泥灰?guī)r,大部分為泥巖、砂質泥巖;底板巖性為泥巖、砂質泥巖、粉砂巖[5-6]。探明一采區(qū)發(fā)育4個次一級寬緩的褶曲,地層較平緩,地質構造復雜程度類型為簡單類型。根據(jù)鉆探成果修改了采掘工程平面圖,由原來一個次一級寬緩的褶曲,更改為4個次一級寬緩的褶曲。補勘后等高線圖及風氧化帶預測圖見圖2。

圖2　補勘后等高線圖及風氧化帶預測圖Fig.2　Contour map after supplement exploration and predication of efflorescent oxygenized belts

5　結論

本次施工了5個鉆孔,終孔深度均在9#煤層下30 m以上,其中BK1、BK4、BK5號鉆孔終孔層位均在本溪組,BK2號鉆孔終孔層位在峰峰組,BK3號鉆孔終孔層位在太原組鉆孔的封孔工作全部按照規(guī)程要求進行封閉,經(jīng)驗收評級:甲級孔3個,乙級孔2個。

1)在充分收集和利用以往地質資料的基礎上,主要是根據(jù)本次補充勘探所施工的5個鉆孔成果,對一采區(qū)地質構造、煤層、煤質、水文地質、風氧化帶及開采技術條件等進行了補充性的研究,總體評價了一采區(qū)地質構造發(fā)育類型、煤質特征、9#煤層(頂、底)板特征,探明和控制了經(jīng)濟基礎儲量,為礦井首采面布局及今后一采區(qū)開采、設計提供了可靠的地質依據(jù)。

2)一采區(qū)補充勘探施工完成后,配合山西地寶能源有限公司編制完成了《山西煤炭運銷集團三聚盛煤業(yè)有限公司一采區(qū)地質補勘報告》,在通過了集團公司組織的專家組評審后,集團公司以(晉能煤管函[2017]293號)號文進行了批復。本次補勘從設計、施工到批復,歷時三個月,投資70余萬元,為下一步礦井的建設,特別是一采區(qū)工作面的布置提供了有力的依據(jù),補勘工作及成果達到了預定效果。

3)通過補充勘探,資料的對比,一采區(qū)的地質特征變化較明顯,設計的首采面部分處于風氧化帶內(nèi)。該報告為礦井建設規(guī)劃提供了真實資料,減少了礦井投資成本,使礦井盡快進入驗收階段。