陜北三疊紀煤田禾草溝煤礦煤層穩定性評價

張麗維，王海軍，李靜琴

（1.陜西煤田地質勘查研究院有限公司，陜西西安710021；2.中煤科工集團西安研究員有限公司，陜西西安710077)

1 地質概況

禾草溝煤礦位于鄂爾多斯盆地陜北三疊紀煤田子長礦區的西南部，構造位置為鄂爾多斯盆地之延安斜坡中部、構造相對穩定的區段。構造形態總體為北西向緩傾的單斜構造，局部發育有寬緩的波狀起伏。區內主要為近于水平的平緩單斜地層，傾向NW，傾角1°～3°，局部發育有寬緩的波狀起伏，東部邊緣地帶有古河道沖刷帶。區內含煤地層為三疊系上統瓦窯堡組，勘探鉆孔揭露該組地層平均厚度為273.95m，含煤層（煤線）8層，自上而下編為5上、5、4、3-1、3-2、3-3、2、1煤層，煤層總厚度平均9.33m，含煤系數為3.4%，可采煤層厚度平均3.32m，可采煤層含煤系數為1.2%。其中5、3-2煤層全區分布，2煤層局部可采，其余煤層均不可采。為了對勘探工程的合理部署、礦井開采設計以及采取的布置提供可靠的地質資料，需對具有開采價值的5、3-2、2煤層進行煤層穩定性評價。

2 煤層穩定性評價

煤層穩定性一般采用傳統的定性方式進行評價，但是僅以傳統的定性方式評價會因人而異，界限模糊，難以區分，所以應當運用定性與定量結合方法對可采煤層的穩定性進行評價，使煤層穩定性的評價更加科學合理。文章通過對可采煤層采用定性、定量以及綜合評價的方法的基礎上，根據生產礦井揭露5煤層的穩定性情況，檢驗、驗證陜北三疊紀煤田禾草溝煤礦可采煤層穩定性評價的合理性。

2.1 定性評價

定性評價主要采用煤層厚度、煤層結構及其夾矸巖性、見煤點數、煤類、可采面積及可采系數、可采性幾個指標對主采煤層的穩定性進行定性評價，評價結果見表1。

5煤層位于瓦窯堡組第四段的頂部，煤層厚度1.30～2.69m，平均厚度2.05m，屬中厚煤層，煤礦范圍內全區可采，可采系數100%；含夾矸1～3層、巖性以泥巖、粉砂巖為主，結構較簡單；煤類均為氣煤45（QM45），煤類單一；因此，定性評價為穩定煤層。

3-2煤層位于瓦窯堡組第三段的上部，煤層厚度0.65～1.05m，平均厚度0.80m，屬薄煤層，煤礦范圍內全區可采，可采系數100%；煤層結構單一，不含夾矸；煤類均為氣煤45（QM45），煤類單一，因此，定性評價為穩定煤層。

2煤層位于瓦窯堡組第二段的中部，煤層厚度0.50～0.75m,平均厚度0.56m[依據《煤、泥炭地質勘查規范》并參照陜西省國土資源廳“關于陜北三疊紀煤田子長礦區工業指標中煤層最低可采厚度的批示”（陜國土資儲發【2009】14號），最低可采厚度0.50m]，屬薄煤層；在煤礦范圍內局部可采，可采系數30.4%；結構單一，不含夾矸；煤類主要為氣煤45（QM45），含少量的氣煤34（QM34）。因此，定性評價為不穩定煤層。

表1 煤層穩定性定性評價表

通過定性評價煤5、3-2為穩定煤層，2煤為較穩定煤層。雖然，定性評價的方法對煤層穩定性評價有一定的指導意義，但是，該評價方法受人為因素影響較大，與技術人員對區內煤層的認知程度以及勘探工程對煤層的控制程度等直接相關，可能由于勘查工程布置不合理而導致煤層未得到有效控制，而直接影響對煤層穩定性的影響，如2008年在煤礦東部施工的10個鉆孔均未鉆探至2煤層而終孔，2009年在煤田西部施工的10個鉆孔均穿過2煤層后終孔，揭露2煤厚度0.40～0.75m，平均厚度0.56m，結構簡單，不含夾矸，含煤面積6.15km2，其中可采面積5.05km2，由于東部10個鉆孔未打穿2煤，如圖1所示。

按照東西區面積評價煤層穩定性則為35%，為局部可采煤層（如圖1所示）；若按照已探的煤層賦存范圍為基數評價82%，為大部可采煤層。因此，需進一步用定量的方法進行評價，使煤層穩定性的評價更加科學合理。

2.2 定量評價

應用數理統計的方法對研究區內的主采煤層開展定量評價，通過統計可采見煤點數及見煤點數計算可采性指數；通過統計煤層平均厚度、見煤點數、標準差等參數計算煤厚度變異指數，根據以上2個指標確定煤層的穩定程度。

采用《煤礦地質工作規定》中的公式[公式（1）、公式（2）]，計算得出各煤層的變異指數和可采性指數（表2），開展煤層穩定性定性評價。根據標準定量評價，5煤為較穩定煤層，3-2煤為穩定煤層，2煤為較穩定煤層。

表2 煤層穩定性定量評價表

煤層可采性指數：

式中：Km——煤層可采性指數；

n——參與煤層厚度評價的見煤點總數；

n′——煤層厚度大于或等于可采厚度的見煤點數。

煤層厚度變異指數：

式中：γ——煤層厚度變異指數；

M1——每個見煤點的實測煤層厚度，m；

Mˉ——煤礦（或分區）的平均煤層厚度，m；

N——參與評價的見煤點數；

S——均方差值，m。

表3 煤層穩定性綜合評價表

2.3 綜合評價

通過對陜北三疊紀煤田禾草溝煤礦主采煤層的定性評價（表1）和定量評價（表2）結果對比（表3）不難發現，5煤定性為穩定煤層，定量評價為較穩定煤層，雖然評價結果不一致，但是其定量評價的主要指標γ接近25%，即接近穩定煤層，故將5煤層綜合評價為較穩定煤層。此外，生產礦井正在開采5煤層，通過礦井近幾年的生產實踐證明，5煤層厚度變化較小、煤層結構簡單，穩定性好，屬于穩定性煤層，其評價結果與綜合評價一致，說明綜合評價的合理性和該評價方法適用于陜北三疊紀禾草溝煤礦煤層穩定性評價。

3 結論

（1）陜北三疊紀煤田子長礦區禾草溝煤礦主采煤層穩定性綜合評價為5煤、3-2煤為穩定煤層、2煤為較穩定煤層。

（2）定性的方法雖然對陜北三疊紀煤田子長礦區禾草溝煤礦煤層穩定性評價有一定的指導意義，但是，該方法存在其局限性需進一步采用定量評價的方法進行評價。將定性與定量結合方法對可采煤層的穩定性進行綜合評價，當二者的評價不一致時，以定性描述為主、定量評價為輔，同時結合生產礦井揭露情況，綜合評價，這樣使煤層穩定性的評價更加科學合理。