煤炭資源勘查中煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法研究

江 勇

(貴州煤礦地質(zhì)工程咨詢與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，貴州 貴陽(yáng) 550009)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭的需求量逐年增大，煤炭供應(yīng)日趨緊張。國(guó)內(nèi)眾多煤礦區(qū)建井開采實(shí)踐表明，地勘時(shí)期正確的煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法有利于煤礦及時(shí)進(jìn)行開采設(shè)計(jì)及開采方式和設(shè)備的選擇，加快煤炭的產(chǎn)出，大大提高煤礦企業(yè)的效益。因此建立正確的煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法模式，對(duì)地勘時(shí)期保證煤炭資源地質(zhì)勘探類型的合理確定，以及對(duì)煤炭資源開發(fā)利用價(jià)值的正確評(píng)估至關(guān)重要。

2 地質(zhì)概況

四季春煤礦在區(qū)域上位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔南坳陷織金寬緩褶皺區(qū)三塘向斜北西翼，構(gòu)造單元上位于織納煤田織金礦區(qū)西部，見交通圖1。礦區(qū)位于三塘向斜北西翼中段北部，其地層傾角6°～23°，一般9°，總體構(gòu)造形態(tài)為一單斜構(gòu)造。礦區(qū)范圍及周邊出露的地層有二疊系中統(tǒng)茅口組，上統(tǒng)峨眉山玄武巖組、龍?zhí)督M、長(zhǎng)興大隆組；三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組；第四系。含煤地層為龍?zhí)督M一般厚約300 m，煤層多，一般40余層，有編號(hào)的35層，含煤平均總厚23.10 m，含煤系數(shù)為7.83%，含可采及局部可采煤層10層，即5-2、5-3、6、6下、7、8、14、16、32、35號(hào)煤層，可采煤層總厚度7.08～23.57 m，平均15.14 m，可采含煤系數(shù)5.13%。

3 煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法的選擇

勘查區(qū)因沉積環(huán)境不同，煤層穩(wěn)定性各異，在對(duì)煤層穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)過程中應(yīng)綜合考慮多種沉積因素，合理選擇對(duì)比方法。煤層穩(wěn)定性一般采用傳統(tǒng)的定性方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，但是僅以定性方式評(píng)價(jià)會(huì)因人而異，界限模糊。所以應(yīng)當(dāng)運(yùn)用定量方法對(duì)可采煤層的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，使煤層穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)更加科學(xué)合理。本區(qū)地層屬海陸交互相多旋回沉積，故煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)選用厚度變異系數(shù)(V)、穩(wěn)定程度指數(shù)(W)、煤層結(jié)構(gòu)等的數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合煤層的工程點(diǎn)可采率(N)、面積可采率(P)評(píng)價(jià)來(lái)進(jìn)行。

圖1 交通圖

3.1 可采性評(píng)價(jià)指標(biāo)——工程點(diǎn)可采率N(%)

區(qū)內(nèi)鉆探工程點(diǎn)24個(gè)，各煤層見煤點(diǎn)數(shù)、可采點(diǎn)數(shù)、點(diǎn)可采率及可采性評(píng)價(jià)見表1。

表1 工程點(diǎn)可采率一覽表

3.2 可采性評(píng)價(jià)指標(biāo)——面積可采指數(shù)P(%)

勘查區(qū)面積10.88 km2，各煤層面積、算量面積、面積可采指數(shù)及可采性評(píng)價(jià)見表2。

表2 面積可采指數(shù)一覽表

3.3 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)——厚度變異系數(shù)V(%)

通過可采煤層平均厚度、標(biāo)準(zhǔn)差等參數(shù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)來(lái)評(píng)價(jià)煤厚度變異指數(shù)對(duì)煤層穩(wěn)定程度影響。

煤層厚度變異指數(shù)：

(1)

(2)

變異系數(shù)反映出厚度變化的程度和幅度，能直觀地表現(xiàn)出煤層穩(wěn)定程度的變化；變異系數(shù)數(shù)值愈小，煤層穩(wěn)定程度愈好。各煤層厚度變異指數(shù)及穩(wěn)定程度評(píng)價(jià)見表3。

表3 厚度變異指數(shù)一覽表

3.4 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)——穩(wěn)定程度指數(shù)W(%)

通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)可采煤層標(biāo)準(zhǔn)差等參數(shù)計(jì)算煤層穩(wěn)定程度指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)煤層穩(wěn)定程度。

煤層穩(wěn)定程度指數(shù)：

(3)

式中：W為煤層穩(wěn)定程度指數(shù)；h為煤層最低可厚度0.8 m；s為可采煤層厚度的標(biāo)準(zhǔn)差。

煤層穩(wěn)定程度指數(shù)反映煤層厚度的穩(wěn)定性，其數(shù)值愈小，煤層穩(wěn)定程度愈好。各煤層穩(wěn)定程度評(píng)價(jià)見表4。

表4 穩(wěn)定程度指數(shù)一覽表

3.5 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)——煤層結(jié)構(gòu)情況

通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)可采煤層結(jié)構(gòu)情況對(duì)煤層穩(wěn)定程度評(píng)價(jià)。煤層含夾石的層數(shù)愈恒定，煤層穩(wěn)定程度愈好。各煤層結(jié)構(gòu)情況見表5。

表5 煤層結(jié)構(gòu)情況一覽表

4 結(jié)論

(1)通過在地勘時(shí)期取得的勘查區(qū)地質(zhì)資料及數(shù)據(jù)的綜合分析，針對(duì)各煤層的自身發(fā)育特點(diǎn)，建立以變異系數(shù)(V)、穩(wěn)定程度指數(shù)(W)、煤層結(jié)構(gòu)特征法為主，結(jié)合煤層的可采性工程點(diǎn)可采率(N)、面積可采率(P)進(jìn)行煤層的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的模式。

(2)以四季春煤礦勘查區(qū)為實(shí)例，采用建立的煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模式對(duì)區(qū)內(nèi)煤層穩(wěn)定性進(jìn)行了準(zhǔn)確的判斷，確定了各可采煤層在礦區(qū)內(nèi)的空間立體展布形態(tài)及穩(wěn)定程度，保證了煤炭資源地質(zhì)勘探類型的合理確定，從而提交了符合實(shí)際情況的地質(zhì)勘探報(bào)告。

(3)對(duì)礦井開拓生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義，即為煤礦在實(shí)際開拓中對(duì)煤炭資源開發(fā)利用價(jià)值的正確評(píng)估提供了準(zhǔn)確的科學(xué)數(shù)據(jù)。實(shí)踐證明，四季春煤礦2018年5月已達(dá)到了120萬(wàn)噸/年的設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

(4)對(duì)今后煤礦地勘時(shí)期煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提出了合理建議，為相關(guān)地質(zhì)工作人員在勘探對(duì)比中指明了方向。

(5)煤層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模式的建立，為做好煤礦地勘時(shí)期的基礎(chǔ)地質(zhì)工作提供了有力的保證。