深部煤炭资源探采对比与勘探方法探讨_魏迎春.pdf

第 44 卷 第 4 期 煤田地质与勘探 Vol. 44 No.4 2016 年 8 月 COAL GEOLOGY EXPLORATION Aug. 2016 收稿日期 2015-01-13 基金项目 国家地质矿产调查评价专项（1212011085510）； 中央高校基本科研业务费专项资金资助（2009QD15）； 安徽煤田地质局一类科研项目（2012） Foundation itemThe Special National Geological and Mineral Survey and uation of China（1212011085510）；The Fundamental Research Funds for the Central Universities of China（2009QD15）；The Scientific Research Project I of Anhui Provincial Bureau of Coal Geology（2012） 作者简介 魏迎春（1977）， 女， 山东巨野人， 博士， 副教授， 从事煤炭资源勘查与评价、 煤层气地质方面教学和科研工作. E-mail wyc 引用格式 魏迎春，夏永翊，武玉良，等. 深部煤炭资源探采对比与勘探方法探讨［J］. 煤田地质与勘探，2016，44（4）25-29. WEI Yingchun，XIA Yongyi，WU Yuliang，et al. Comparison of exploration and exploitation of coal resources and discussion on exploration s ［J］. Coal Geology Exploration，2016，44（4）25-29. 文章编号 1001-1986（2016）04-0025-05 深部煤炭资源探采对比与勘探方法探讨 魏迎春 1，夏永翊1，武玉良1，曹代勇1，魏振岱2，朱文伟2 （1. 中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采重点实验室，地球科学与测绘工程学院， 北京 100083；2. 安徽省煤田地质局，安徽 合肥 230088） 摘要 以淮南煤田口孜东井田为例，在探采对比分析的基础上，分析了其勘查技术方法选择的合 理性，探讨了深部煤炭资源勘查技术方法。结果表明，两阶段的构造发育情况、煤层情况、开采 地质条件、资源/储量基本吻合，说明针对上述问题采用的勘查技术手段是合理的，但在建井和生 产时出现了巷道变形严重等问题，暴露了勘查过程中对地应力未进行测量，指出了深部煤炭勘查 中要增加地应力的测量工作，才能更好地做到煤炭勘查为煤炭资源开发服务。 关 键 词深部煤炭资源； 探采对比； 勘探方法； 口孜东井田 中图分类号P618.11；P539.2 文献标识码A DOI 10.3969/j.issn.1001-1986.2016.04.005 Comparison of exploration and exploitation of coal resources and discussion on exploration s WEI Yingchun1， XIA Yongyi1， WU Yuliang1， CAO Daiyong1， WEI Zhendai2， ZHU Wenwei2 （1. State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining， College of Geosciences and Surveying Engineering， China University of Mining and Technology， Beijing 100083， China； 2. Anhui Bureau of Coal Geological Exploration， Hefei 230088， China） Abstract On the basis of the exploration and exploitation comparison， taking Kouzidong mining field as an example， the rationality of the exploration s used in the exploration phase is analyzed， and the exploration s in deep areas are discussed. The results indicate that the tectonic characteristics， the thickness and stability of the coal seams， the mining geological conditions， the resources/reserves results in the exploration phase basically agree well with the results in the exploitation phase. It turned out that the exploration s used in exploration phase were suitable. But there were some problems in the mining phase， such as serious tunnel deation. It indicated the shortage of in-situ stress measurement in exploration phase. The paper pointed out it is necessary to strengthen the in-situ stress measurement in deep exploration to achieve the purpose to serve better the development of coal re- sources. Key words deep coal resources； comparison of exploration and exploitation； exploration ； Kouzidong mining field 随着煤炭资源勘查开采深度的增加， 煤炭资源赋 存的地质环境条件更加复杂［1］，因此，深部煤炭开发 对勘查提出了更高的要求。 我国东部煤炭资源经过多 年的大规模开发利用， 煤矿开采的深度越来越大， 找 煤和资源勘查重点向巨厚新生界覆盖区、推覆体下、 老矿区深部及外围等非常规区块转移［2-6］。这些区块 通常煤层埋藏都比较深， 煤系赋存条件相对复杂， 具 有“三高一复杂”的特点，给煤炭资源勘查及开采工 作带来了很大的难度［7-8］。安徽淮南煤田口孜东井田 属于典型的深部煤炭资源勘查区， 本文以口孜东井田 为例， 对其进行探采对比研究， 分析勘探阶段所采用 的勘查技术方法的合理性， 探讨深部煤炭资源勘查技 术方法，为深部类似煤矿床勘查提供借鉴。 1 研究区概况 口孜东井田位于淮南煤田西部，行政区划属阜 ChaoXing 26 煤田地质与勘探 第 44 卷 阳市所辖，西距阜阳市 30 km。勘查范围（图 1）东 起 F12断层，西至 DF3断层，北起太原组第一层灰 岩顶面露头线，南至 F1断层，走向长约 7.4 km，倾 向宽 3.0～7.3 km，井田面积约 33.6 km2。 口孜东井田位于淮南复向斜中的次级褶曲陈 桥背斜的南翼西段，总体表现为一轴向北西的不 完整向斜构造，南翼被 F1断层切割。向斜南翼地 层倾角平缓，一般为 5～10，向斜北翼地层倾角 稍陡，一般为 20左右，地层产状沿走向和倾向有 所起伏变化，次级褶曲不发育。井田内断层较为 发育，组合规律性较强，根据断层展布方向大致 可分成三组，以北东向横切断层为主、北西向和 近东西向为辅。 图 1 口孜东井田勘探阶段与建井阶段断层变动情况图 Fig.1 Variation of faults of exploration stage and mine construction stage 含煤地层主要是二叠系的山西组、下石盒子组 和上石盒子组，共含煤 30 余层。其中可采煤层 10 层，分布在一至五含煤段内，主要可采煤层有 5 层， 分别为 1、5、8、11-2、13-1 煤层；次要可采煤层 有 5 层，分别为 4-2、9、11-1、16-1、17-1 煤层 。 2 探采对比 本文的探采对比是以口孜东井田为例，利用建 井及生产阶段出现的问题及所揭露的资料与勘探阶 段的成果资料，从构造、煤层、开采地质条件、资 源/储量等方面进行对比，验证勘探阶段成果资料的 正确性，分析勘查技术方法选择的合理性和勘查过 程中存在的问题，总结深部煤炭资源勘查经验，为 类似煤矿床的勘查提供借鉴。 2.1 构造探采对比 地质构造是决定含煤地层和煤层的赋存状态的 首要地质因素， 地质构造影响到井田划分、 开拓方式、 采区和工作面的布置以及生产效率及矿井安全 ［9］。 统 计分析口孜东井田勘探阶段与建井阶段揭露的落差 大于 20 m 断层情况，其断层变动情况见图 1。两个 阶段落差大于 20 m 断层的揭露情况基本一致， 部分 断层在方向、倾角、延展长度方面存在差异。F1断 层为阜凤逆冲断层， 在 16 勘探线以东两阶段查明情 况基本一致；在 16 至 24 勘探线之间，断层走向基 本一致，但整体位置平均向北移动约 300 m，在 24 勘探线以西至井田边界，走向变化较大，总体位移 向北。 F1-1断层与阜凤断层基本平行， 距阜凤断层以 北平均约 300 m，延展近 4 500 m，东部受限于 F12 断层， 在勘探阶段断层倾角为 25～80， 在建井阶段 揭露为 40～60。Df11断层在 16 线以西两阶段基本 一致，在 16 勘探线以东勘探阶段断层走向为南东， 而建井阶段揭露为东西向。Df122断层为新增断层， 延展近 5 500 m，走向近东西，与 Df11基本平行， 在 Df11以北约 500 m。F12断层、Df1断层、Df15断 层和 F5断层在两阶段基本一致，但断层走向略有起 伏，平面断层位置略有变动。Df3断层走向在两阶段 基本一致，但平面位置向西偏移平均近 300 m。 2.2 煤层探采对比 煤层厚度、结构及其变化可影响采煤方法的选 择、采区的布置以及矿井生产能力等［9］。对口孜东 井田勘探阶段与建井阶段资料中主要可采煤层厚度 数据和稳定性指标进行统计分析，其主采煤层厚度 变化对比见表 1 和主采煤层稳定性对比见表 2。 表 1 主采煤层煤厚对比表 Table 1 Comparison of thickness of major mined seams 勘探阶段 建井阶段 煤 层 见煤点煤厚/m 见煤点 煤厚/m 误差率 /％ 13-155 1.75～6.14/4.6081 0.50～8.96/4.50-2.2 11-256 0.87～4.70/2.4181 0.55～6.10/2.14-12.6 848 0～6.18/2.90 71 0～6.18/2.84 -2.1 551 2.17～7.87/5.5277 0～9.75/5.62 1.8 146 2.91～9.77/6.3669 0～9.98/5.46 -16.5 注1.75～6.14/4.60 表示煤厚的最小～最大/平均值 从表 1 中口孜东井田主要可采煤层厚度可以看 出，5 煤层煤厚误差率为正，说明建井阶段揭露煤厚 比勘探阶段煤厚大；1、8、11-2 和 13-1 煤层煤厚误 差率为负， 说明这四个煤层建井阶段揭露煤厚比勘探 阶段煤厚小。5 个主要可采煤层煤厚误差率仅 1 煤层 和 11-2 煤层的误差率绝对值大于 10％，其他 3 个煤 层均较小， 说明煤厚在勘探阶段的结果与建井阶段揭 露的实际情况大体一致。通过表 2 中主要可采煤 ChaoXing 第 4 期 魏迎春等 深部煤炭资源探采对比与勘探方法探讨 27 表 2 主采煤层稳定性对比表 Table 2 Comparison of stability of major mined seams 煤层夹矸层（点）数 煤层 阶段 可采性指数 实际差值 1 2 3以上 煤层结构类型 稳定性 勘探 1 27 22 1 简单-较简单 稳定 13-1 建井 1 0 31 23 1 简单-较简单 稳定 勘探 1 22 5 11 简单-复杂 较稳定 11-2 建井 1 0 25 5 11 简单-复杂 较稳定 勘探 0.94 15 8 10 简单-较复杂 较稳定 8 建井 0.94 0 19 9 10 简单-较复杂 较稳定 勘探 1 14 4 2 简单-较简单 稳定 5 建井 1 0 18 5 2 简单-较简单 稳定 勘探 1 13 2 0 简单-较简单 稳定 1 建井 1 0 17 2 0 简单-较简单 稳定 层的稳定性指标的对比， 口孜东矿井田各主要可采煤 层在勘探阶段和建井阶段揭露的实际情况相比， 只有 夹矸层（点）数略有微小差异，其他煤层稳定性指标并 无差异。 综上分析， 口孜东矿井田勘探阶段和建井阶 段确定的煤层赋存特征基本吻合。 2.3 其他开采地质条件探采对比 其他开采地质条件主要包括水文地质条件、工 程地质条件、地温、瓦斯等。煤矿床的水文地质条 件是决定矿井开拓和开采条件的重要因素之一；工 程地质条件是保证煤矿合理设计、顺利施工的可靠 依据；地温条件影响煤矿的安全生产和矿工的身体 健康，是矿井降温和通风设计的依据；矿井瓦斯等 级是矿井通风设计和确定矿井瓦斯管理制度的重要 依据。统计分析勘探阶段与建井阶段的其它开采地 质条件资料，其对比情况如表 3 所示。 通过表 3 中建井阶段与勘探阶段资料的对比可 以看出，口孜东井田在水文地质条件类型、工程地 质条件类型、地温、瓦斯条件方面的对比情况基本 一致，仅在矿井涌水量方面建井阶段比勘探阶段要 小，可能由于勘探阶段使用比拟法计算时采用了桃 园煤矿的实测矿井涌水量资料（包含有太原组灰岩 放水量）引起的。总体，勘探阶段对其它开采地质条 件的查明情况与建井阶段揭露的情况基本一致。但 本矿井由于开采深度较大，地压较大，在建井和开 采过程中出现了巷道变形严重，顶板管理困难等问 题，岩巷每隔一周需要进行一次系统维护，严重影 响了矿井的正常生产。这主要是由于现行勘查规范 对地应力未作规定，勘探阶段没有进行地应力方面 的测试工作。因此，深部煤炭资源针对上述问题， 应在勘探阶段对地应力进行测量或预测工作。 表 3 其他开采地质条件对比表 Table 3 Comparison of mining geological conditions 瓦斯含量/（m3t-1） 阶段 矿井涌水量 /（m3h-1） 水文地质 条件类型 工程地质 条件类型 地温梯度 /（℃ hm-1） 地温/℃ -950m 以浅 -950m 以深 勘探阶段 597.00 简单 中等 2.3～3.1 -797m 以下， ≥37℃；-950m 水平，40.50℃ 0.23～2.12 0.63～5.33 建井阶段 286.46 中等 中等-复杂 2.3～3.2 -800m 以下，≥37℃；-970m 水平， 40.97℃ 0.52～1.39 0.33～4.76 对比结果 偏小 基本一致基本一致 一致 一致 一致 2.4 资源/储量探采对比 口孜东井田的主要可采煤层为 13-1、11-2、8、 5、1 煤层，对勘探阶段和建井阶段主要可采煤层的 资源/储量对比分析，建井阶段比勘探阶段共减少了 1897 万 t，其中 111b 增加 10 580 万 t，122b、 333 和 334分别减少 2 913 万 t、9 333 万 t 和 230 万 t。 资源/储量变化的原因主要有两点，一是建井阶段增 加了巷道见煤点及补勘钻孔等工程点，高级别储量 增加。二是建井阶段增加的巷道见煤点和补勘钻孔 等工程点对煤层厚度和可采面积控制更加精确，由 此产生资源量的增减。总体上，两个阶段资源/储量 估算结果相差不大，勘探阶段对资源/储量估算、所 采用的估算方法、各类参数的确定均较为合理。 3 勘查方法合理性分析 3.1 勘查技术手段选择 口孜东井田根据地理条件、地质条件及地质物 性条件等，在勘探阶段主要采用地震、钻探、测井 等手段相结合， 即“地震先行、 钻探验证、 测井检测”， 其中地震主要解决构造问题，钻探和测井相结合解 ChaoXing 28 煤田地质与勘探 第 44 卷 决地层、煤层、煤质、采样、水文地质和工程地质 等其他问题。根据建井阶段及开采揭露资料与勘探 阶段资料的对比分析结果可知，勘探获得资料与建 井和生产揭露资料基本一致，说明口孜东井田在勘 探阶段比较准确的查明了研究区的煤层赋存特征与 开采地质条件，勘探阶段所使用的地震、钻探、测 井等技术手段相结合的综合勘查方法较为合理，适 合这类型地区煤炭资源的勘查。 3.2 勘查类型和勘查工程布置 口孜东井田总体为一北西向的不完整向斜构造， 两翼地层整体较为平缓， 北翼较南翼稍陡； 地层产状 沿走向和倾向有所起伏变化， 次级褶皱不发育。 断层 较为发育，但组合规律性较强，共查出断层 30 条。 勘探报告中确定其地质构造复杂程度为中等类型。 口孜东井田可采煤层共 10 层，其中 1、5、8、 11-2 和 13-1 煤层为主要可采煤层，4-2、9、11-1、 16-1 和 17-1 煤层为次要可采煤层。13-1、5、1 煤层 为稳定煤层，17-1、16-2、11-2、11-1、8、4-2 煤层 为较稳定煤层，9 煤层为不稳定煤层。勘探报告中 确定井田煤层稳定性总体为稳定-较稳定类型。 地质勘探报告中确定井田的勘探类型为构造 复杂程度中等、煤层稳定程度稳定-较稳定类型煤 层，即二类二型，采用 500 m 的钻探工程基本线距 和（200～300） m（300 ～500） m 的二维地震控制网度。 勘探钻探工程共布置钻孔 50 个， 其中地质兼水文孔 8 个，抽水 8 次，灰岩延深孔 5 个，布设的钻孔除 满足对地层、煤层的发育状况进行控制外，兼顾其 他地质任务的完成。共布置地震测线 35 条，其中主 测线 22 条，联络测线 13 条。通过勘探资料与建井 和生产阶段揭露资料对比，口孜东井田确定的勘探 类型和勘查工程基本间距及施工先后顺序基本合 理，基本满足矿井设计、建设和生产的需要。 3.3 开采地质条件测试 口孜东井田煤层埋深较大，地温、地压、瓦斯含 量都比较高，勘探阶段全区共有测温钻孔 25 个，其中 近似稳定测温钻孔 3 个，简易测温钻孔 22 个；共采有 瓦斯样点 224 个，瓦斯样品 270 个，基本查明了该井 田的地温和瓦斯情况。但由于 DZ/T02152002煤、 泥炭地质勘查规范对于深部地应力方面未做规定， 勘探阶段并未进行地应力方面的测试工作，在实际建 井和开采阶段矿井巷道出现了严重的变形，巷道几乎 每隔一周就要进行一次系统的维护工作，耗费了大量 的人力物力，严重影响了矿井的正常生产。 综上所述， 口孜东井田在勘探阶段对勘查类型划 分为二类二型是合理的，选择地震、钻探、测井相结 合的技术手段是合适的，采用 500 m 的钻探工程线 距、（200～300） m（300～500） m 的地震工程控制网度 是恰当的， 对井田的认识是基本符合实际的。 对工程 地质条件、 水文地质条件、 地温和瓦斯等其他开采地 质条件， 勘探阶段均作出了合理的评价。 但由于口孜 东井田深部地应力比较大， 而相关规范并未对此做规 定，导致在实际开采过程中出现了巷道变形等问题， 严重影响了矿井的正常生产。 因此， 在深部类似煤炭 资源的勘查时， 在借鉴口孜东井田地震、 钻探、 测井、 测试等相结合的综合勘探方法的基础上， 应增加深部 地应力方面的测量工作， 才能满足开发的需要， 更好 地达到煤炭勘查为煤炭资源开发服务的目的。 地应力测量的方法很多， 根据测量过程可分为两 类一类为直接测量法，包括水压致裂法、声发射法 和地球物理探测法等。 另一类为间接测量法， 包括应 力解除法和松弛应变测量法等。 其中， 水压致裂法在 深孔地应力测量方面应用相对较广 ［10-11］。目前，水压 致裂法在我国深部煤炭资源勘查中已初步应用， 如河 北大城勘查区、山东巨野赵楼勘查区 ［12］、安徽潘集 外围勘查区等。 因此， 在深部煤炭资源勘查工作中采 用水压致裂法对地应力进行测量具有可行性。 深部煤 炭资源现场水压致裂法测试程序大致步骤如下 根据 工程设计的要求，选择试验段；压裂前检验封隔器、 印模器及压裂系统；安装井下测量设备；座封，形成 密闭空间；压裂，向压裂试验段增压至岩石开裂，并 记录压力值；关闭高压泵；卸压；印模定向，确定最 大水平主压应力的方向。 4 结 论 a. 口孜东井田在地质构造、煤层稳定性、其他开 采地质条件（水文地质条件、工程地质条件、瓦斯、地 温等）、资源/储量方面的探采对比结果基本一致，勘 探阶段获得的资料比较可靠， 对矿区的认识基本正确。 b. 通过探采对比分析表明，口孜东井田在勘探 阶段所采用的二维地震、 钻探、 测井及采样测试等手 段相结合的综合勘查方法， 所选择的 500 m 的钻探工 程线距和（200～300） m（300～500） m 的地震网度，对 地质构造、煤层、水文地质条件、瓦斯、地温、资源 /储量的查明是合适的。但对深部煤炭资源开发面临 的地应力问题没有涉及， 导致回采过程中出现了巷道 变形严重的问题，严重影响了矿井的正常生产。 c. 从煤炭资源勘查为煤炭开发与利用服务的 原则出发，结合深部煤炭资源的特点，在其他类似 深部煤炭资源勘查时，在借鉴口孜东井田的地震、 钻探、测井、测试等相结合的综合勘探方法的基础 ChaoXing 第 4 期 魏迎春等 深部煤炭资源探采对比与勘探方法探讨 29 上，应增加水压致裂法对深部地应力进行测量，才 能更好地满足开发的需要。 参考文献 ［1］ 魏迎春，曹代勇，夏永翊，等．复杂地质条件区煤炭资源勘 查方法探讨［J］. 煤炭工程，2014，46（3）115-117． WEI Yingchun， CAO Daiyong， XIA Yongyi， et al. 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