靈臺礦區邵寨井田煤炭資源開采地質條件分析

摘 要：開采地質條件是煤礦順利建設與安全生產的先決基礎。當前隨著煤炭工業科技化程度的日益提升，對煤炭開采所需的基礎條件及要求也隨之不斷提高。因此，加強開采地質條件相關方面的分析與研究可以為煤炭生產提供安全保障。本文通過對邵寨井田煤層厚度、頂底板巖性、地質構造、水文地質、工程地質、瓦斯特征等方面分析，為后期的煤礦建設及安全生產提供參考。

關鍵詞：邵寨井田；地質特征；水文地質；開采條件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.063

0 引言

甘肅省靈臺礦區位于鄂爾多斯盆地南緣，面積877.77km2。邵寨井田位于素有渭北第二黑腰帶之稱的黃隴煤田的中深部，靈臺縣城東南，直線距離約19km，屬甘肅省靈臺縣邵寨鎮管轄，面積37.94km2，向東連接陜西彬長礦區，向南連接永隴礦區，煤炭資源儲量豐富。邵寨井田內含煤地層為侏羅系中統延安組，主要可采煤層為煤8。論文以邵寨井田為例，分析該井田礦井建設及煤炭開采技術條件對于礦井工業場地布置、開拓開采方式的選取、安全設施的設置具有重要意義。

1 研究區概況

邵寨井田地處隴東黃土高原南部，屬流水侵蝕黃土丘陵區，區內溝壑縱橫，溝谷深切，多有基巖出露，其余大面積為第四系風成黃土覆蓋，零星出露下白堊統志丹群地層。據鉆探揭露資料，井田內地層自下而上依次有：上三疊統延長群（T3yn）、下侏羅統富縣組（J1f）、中侏羅統延安組（J2y）、中侏羅統直羅組（J2z）和安定組（J2a）、下白堊統志丹群（K1）、新近系甘肅群（Ng）及第四系（Q）地層。

邵寨井田位于渭北撓褶帶構造北緣，白堊系地層平緩，根據鉆探工程揭露，井田內主要構造為一軸向N25-5°E總體向南西傾覆的不對稱的背斜構造，稱“邵寨背斜”，邵寨背斜東南翼發育有次要向斜構造“里河向斜”。

2 主要煤層厚度特征及煤質

2.1 主要煤層厚度特征

邵寨井田內含煤地層為侏羅系中統延安組。通過對大量鉆孔資料的分析總結，井田內共含煤三層，根據甘肅隴東區域煤層編號，從上至下分別為：2煤、5煤及8煤。其中將主可采8煤劃分為第一段，次可采2煤和5煤劃分為第二段。煤系地層最小厚度為11.40m（705號鉆孔），最大厚度為97.11m（B001號鉆孔），平均厚度為53.09m；煤層最小總厚度0.40m（705鉆孔），最大總厚度23.67m（L4鉆孔），平均9.36m，含煤系數為17.7%。井田內最低侵蝕基準面高程為1000m，煤層最小埋深480m，最大埋深780m。井田內含煤情況如表1所示。

2.2 煤質特征

井田內各煤層同屬低變質煙煤，其物理性質基本相似，為黑微帶褐色，瀝青光澤，斷口平整～貝殼狀，條痕棕黑色，成塊好，燃燒后微熔、微膨脹～不膨脹，焰長、煙濃、有細微爆裂聲，2煤視密度為1.31～1.52t/m3，14個樣品的平均值為1.39t/m3；5煤視密度1.29～1.44 t/m3，12個樣品的平均值為1.35t/m3；8煤視密度1.24～1.46t/m3，36個樣品的平均值為1.36 t/m3。

各煤層（組）有機顯微組分含量中以惰質組為主，其次為鏡質組，少量殼質組，礦物雜質以碳酸鹽和粘土為主。鏡質組最大反射率Rmax為0.64-0.817%，屬Ⅱ變質階段。

3 水文地質條件

3.1 地表水

邵寨井田內只有一條常年性地表河流，位于南部溝谷之中，自西南向北東流淌，其隸屬于涇河支流篩河的上游，該河流據考證無具體名稱。該河流發源自井田南部的陜西永隴礦區，井田南部的泉水溪流均匯集于該河中，然后向東北流淌入陜西彬縣亭口鎮南1.5km處，自此匯入涇河。泉主要位于溝谷中未固結的中粗粒碎屑巖中，流量都較小。

3.2 主要含、隔水層

井田內的含水層共分為四層，自上至下分別為：第四系松散層孔隙含水層、新近系上中新統甘肅群下部中粗粒碎屑巖孔隙裂隙含水層、白堊系下統志丹群洛河-宜君組孔隙裂隙含水層、侏羅系中統砂巖裂隙含水層。隔水層共分為五層，自上而下分別為：新近系中新統甘肅群上部粘土-砂質粘土隔水層、白堊系下統志丹群環河組砂質泥巖-粉砂巖隔水層、侏羅系中統泥巖隔水層、侏羅系下統富縣組泥巖、砂質泥巖相對隔水層及三疊系上統延長群相對隔水層。

3.3 地表水與地下水、各含水層之間的關系

井田內基巖出露很少，且為白堊系下統環河組砂泥巖及粉砂巖隔水層。因而，井田內基巖中的地下水與河谷中的潛水聯系差。第四系全新統沖積層孔隙含水層與下伏白堊系下統洛河組砂巖孔隙裂隙含水層之間夾有紅土隔水層及環河組相對隔水層，所以兩個含水層之間無任何水力聯系。白堊下統洛河組砂巖含水層與宜君組含水層之間相接觸，存在水力聯系。侏羅系砂巖裂隙含水層與多為泥巖，砂質泥巖隔水層相間分布，導致侏羅系含水層之間相互間各，其水力聯系不密切。如前所述，侏羅系含水層與白堊系含水層水化學及特征差異明顯，就可以證明侏羅系各含水層與上覆白堊系含水層間無水力聯系。

根據礦井地質報告，井田內各含水層含水量小，受開采影響的含水層主要為白堊系洛河組與直羅～延安組含水層。但結合周邊礦井建井生產經驗，白堊系洛河組水量較大，為確保安全，在施工井筒時建議采用凍結法或者局部凍結法施工；對于直羅～延安組含水層，應充分考慮煤層開采后導水裂隙帶的影響，避免煤層開采導通含水層造成礦井突水事故的發生。

4 工程地質條件

本次勘探工作中，對第8、10、12勘探線和運輸大巷附近的B603、B704鉆孔，進行工程地質觀測與編錄，確定不同巖組的RQD值。3條勘探線上各選3個以上鉆孔及運輸大巷附近的鉆孔，在煤層頂板及以上30m至底板及以下20m內系統分層采取巖樣，進行力學性質試驗。

根據《煤礦床水文地質、工程地質、環境地質評價標準》（MT/1091--2008）中煤層頂、底板及井巷圍巖巖體質量評價方法，采用巖石質量指標（M）法進行評價，其近似公式為：

式中：M為巖體質量指標；Rc為巖體飽和抗壓強度，MPa；RQD為巖石RQD值，RQD值為鉆孔現場實測值，%。

依此公式計算出的各煤層頂、底板的巖石質量指標及巖體質量評價指標，各煤層頂底板巖石質量指標（M）絕大多數在0.13-0.56之間，巖體分類及質量為Ⅲ，中等。圍巖巖石質量指標（M）在0.13-0.74之間，巖體分類及質量為Ⅲ，中等。

礦井的工程地質條件直接影響井下各類巷道的支護。參考臨近礦井的支護情況并結合本礦井自身情況，對于服務年限的較長的巷道，建議采用直墻半圓拱斷面，錨網噴+錨索+U型棚聯合支護，錨索應錨固在頂板相對巖性相對較好的砂巖層；對于服務年限較短的順槽可采用矩形斷面，錨網噴+鋼筋梯+錨索聯合支護。

5 瓦斯地質條件

基于邵寨井田鉆孔煤心中采取的各煤層瓦斯樣，對其進行瓦斯成份及含量的測定。本次勘探從鉆孔中采取了33個煤層瓦斯樣，其中在首采區選了2個鉆孔B1210、B1104采用繩索取瓦斯樣，全井田煤芯瓦斯樣煤2層19個樣，煤5層13個樣，煤8層34個樣，如表2。根據測試結果顯示，井田內大部分區域屬瓦斯風化帶，為CO2-N2帶。

井田范圍內各煤層均屬與致密的塊狀結構，后期次生裂隙較為發育。在鉆遇煤層之后提鉆的約1.5小時過程中游離的瓦斯易散失。在采煤器中取的煤樣，現場解析無解吸量，所以總瓦斯含量中，缺少解析量和瓦斯損失量。鉆孔中煤樣的瓦斯含量數據要小于實際煤層的瓦斯含量。瓦斯賦存受煤層本身的變質程度、地質構造、頂底板圍巖等影響較大。為確保礦井生產安全，礦井設計按照高瓦斯礦井進行設計。

6 煤塵與地溫

6.1 煤塵

在煤炭生產過程中，不可避免的會產生大量的煤炭細小顆粒被稱為煤塵，其危害性主要表現為容易引起燃燒及爆炸。影響煤塵爆炸的主要因素是煤中的揮發分，其含量越高越容易引起爆炸。測試結果顯示，井田內各煤層的揮發分均大于30%，產生的煤塵是具有爆炸的可能性。在以往勘查工作中，對諸多鉆孔中的煤層取煤樣進行了煤塵爆炸性試驗，本次勘探對B603、B1203、B1201鉆孔中的10個煤樣進行了煤塵爆炸性試驗，邵寨井田各層煤均有煤塵爆炸性。

6.2 地溫

邵寨井田各勘查階段對35個鉆孔進行了簡易測溫，B001鉆孔顯示井田內最大測量溫度值位于井深約1055米處，其溫度值為34.80℃，經過校正該點溫度值實際為35.50℃，B903鉆孔顯示井田內最小測量溫度值位于井深約791米處，其溫度值為23.10℃，經過校正該點溫度值實際為23.60℃。

依據鉆孔測溫資料顯示，地層恒溫帶深度約位于25m左右，溫度約16.9℃。井田地溫梯度0.7℃～1.8℃/100m，從現有資料分析無地溫異常。

本井田非煤系地層平均地溫梯度大約是1.77℃/100M，煤系地層平均地溫梯度2.1℃/100M；最大地溫梯度2.80℃/百米（B001鉆孔），全區地溫梯度1.1 –2.8 ℃/100M。區域內屬弱地溫異常熱害區，煤系地層地溫的變化主要隨煤層的埋深以平均地溫梯度增加，個別孔底溫度超過31℃，地溫梯度均低于3℃/百米。區內地溫無突變、異常層段，屬一級高溫區。

7 結論

（1）邵寨井田主體構造為邵寨背斜。里河向斜為井田內主要聚煤區。邵寨背斜東南翼發育五個次級小褶皺。邵寨背斜西北翼總體為一單斜構造，邵寨井田構造簡單，布置開拓系統簡單，有利于煤炭資源的開發。

（2）對區內的主要可采煤層進行分析，煤層賦存較為穩定，有利于開采，同時結合煤層厚度分布情況，2煤、5煤適宜采用走向長壁一次采全高綜合機械化開采，全部垮落法管理頂板。8煤賦存較厚，且厚度變化較大，設計考慮主要采用綜采放頂煤采煤方法。

（3）對井田范圍內的水文地質條件進行評價，因白堊系洛河組水量較大，為確保安全，在施工井筒時建議采用凍結法或者局部凍結法施工；對煤層開采影響較大的侏羅系直羅～延安組含水層，應充分考慮煤層開采后導水裂隙帶的影響，避免煤層開采導通含水層造成礦井突水事故的發生。

（4）井田內絕大部分屬瓦斯風化帶范圍，但考慮煤樣取樣解析過程中的瓦斯損失量，為確保安全生產，設計按照高瓦斯礦井進行設計。

（5）根據周邊礦井實際生產資料和本井田的詳查、勘探地質成果，本井田煤層容易自燃、煤塵有爆炸危險性，屬于地溫正常區。設計針對礦井的瓦斯、煤層自燃、煤塵爆炸等特點采取了相應的措施，可以保證礦井的安全生產。

參考文獻：

[1]謝和平，彭蘇萍等.深部開采理論基礎與工程實踐[M].北京：科學出版社，2006.

[2]甘肅省靈臺縣邵寨井田煤炭勘探報告[R].2013.

[3]中華人民共和國國土資源部.煤泥炭地質勘查規范[S].DZ/T02105-2002.

[4]劉進軍.影響高產高效礦井建設的地質因素[J].煤炭技術，2007，26（03）：

100-102.

[5]高金忠，肖福坤.深部圍巖穩定性影響因素研究[J].煤炭技術，2010，39（03）：79-80.

[6]岳洋.煤礦區開采地質條件分析[J].煤炭技術，2011，30（02）：125

-126.

[7]張虎.山東韓臺煤田福興煤礦地質特征及開采條件分析[J].江西建材，2015（19）：227-228.

[8]張子祥.靈臺礦區安家莊井田煤炭資源開采技術條件分析[J]. 煤炭工程，2015，47（03）：11-13.

作者簡介：沈金山（1986-），男，安徽淮北人，碩士研究生，工程師，研究方向：煤礦設計。