煤层开采地质条件分区评价 - 山西矿业学院学报V0.pdf

第 l 2卷第 2期 1 9 9 4年 6月 山西矿业学院学报 SHANXI MI NI NG I NS TI TUTE LEARNED J OURNAL V0 1 ． 1 2 N饥 2 f u n 1 9 9 4 煤层开采地质条件分区评价 { 一 赵 理 中。 ，_一 地测 系 m 摘要分 区 评 价 就 是 把 井 日 内 每 一 可 采 煤 层 ， 都 划 分 成 许 多 个 块 段 ， 并 认 为 在 同 一 个 块 段 内 ， 地 质 条 件 基 本 相 似 ， 属 于 同 一 等 衄 ， 赋 一 个 指 数 值 来 表 示 。 把 每 个 缺 段 作 为 评 价 的 单 元 ， 对 各 项 地 质 条 件 赋 值 ， 最 后 综 合 出 一 个 量 化 指 标 表 示 评 价 单 元 的开 采 地 质 条 件 全 貌 。 这 种 方 法 在 西 铬 矿 的 实际 应 用 茸 果 ，证 明该 方 法 可行 、有 效 ， 具 有 实 用 意 义 享另 ． 关 键词 开 豆童竺； 分 评价； 量化指标； 堡全坌兰； 指数赋值 0 前 言 煤层开 采地 质条件评价是 一个 多因素同题 ，由影响煤 矿生产的各项地质 因素决 定 。 并且 ， 往往其 中一项 因素又细分成若 干个方 面 在一个井 田范 围内 ，不论从 纵 向或横 向 ，开采地 质 条件都会或 多或 少发生变化 。即是说 ，虽然 已对不 同矿井确定 了矿井地 质条件类型 ，但 在一 个井 田 内部 ，地 质条件 明显存 在不均 匀性 。矿井地质的任务是尽 可能准确可 靠地预 测开 采地 质条件 ，为采掘 部署提供 依据 。随着综 采的推广 ．对矿井分块段进行 开采地质条件 的预测评 价显得 尤为重要 和迫 切 。这对矿 井总的宏观规划 、采 区设计 、工 作面划分 和 采煤方法 及再 瑚 设备选择均 有指 导意义 ，对提 高设 备效 率及提高煤 矿总体经济效 益有积极 意义 。但是 究竟如 何 具体评价 ，使评价 方法既规范 又简易可行 ．使评价指标既构成合理并 实现 量化 ，使评价结 果既与技术经济指 标相 联系并直接 为设计 生产服务 ，这 需要作深入 的实践和 讨论 。我 们博 采 众长 ，在西铬矿作 了评 价尝试 ，收到一 定效 果。提 出以下意见 ，抛砖 引玉 ，以求把评价 的讨 论 深入一步 。 1 评价指标 的构 成 影响煤矿生产 的地质 因 素很多 ．有些 因素对一个矿或一层煤来说变 化不大 ，作分 区评 价 时暂不考虑 ，如瓦斯 、煤尘、自燃、矿井水文地质等因素。同矿的不同分区埭段_之间条件的 文稿收 到 日期 l 蚰3 一 l 2 一 l 3 ④车 文作 者 赵理 中 ，男 ．j 3岁 ．山西矿 业学 院地 测系副 教授 ．0 3 0 0 2 4 维普资讯 山 西 矿 业 学 院 学 报 第 l 2卷 差异 ，主要 归纳 为三 个方面 构造 、煤 层及其他地质条件 我 们采 用三 个公式来构成三 项地 质条件指标 。 1 ． t 构造条件 主要指块段受构造应 力的强弱及块段 内影 响开采的各类断层发育程 度 ， 小褶皱 的频 度 。 这 是 最重 要的一项开采地质 条件 ，指标构成 用下 式表 示 。 ZG． 一 ZG ZG， 6 ZG， ． 1 式 中Z G 第 i 个构造块段 的构造条件指数 ； z G 第 i 个 构造块段的面积指 数 ； ZG 第 i 个构 造块 段的边界构造指 数 ； ZG， 第 个构 造块 段的小构造指数 1 ． 2 煤层条件 主要指 影响采煤 方法及劳动效率 的煤层厚 度 、结构及煤 层形 态变 化 ，指标构成用下式表 示 。 ZM ． 一 ZM, 一 ZM 。 ZM _ _ZM ． 2 式 中zM 第 i 个煤层块段的煤层 条件 指数 ； ZM, 第 i 个块 段面积指数 ； z M 第 i 个块段厚度指数 ； zM 第 i 个块段结构 指数 ； ZM 第 i 个块段煤层形 态指 数 。 1 ． 3 其他 开采地质 条件 主要指各块段内的煤层顶底板条件、倾角大小、陷落柱发育程度及有无河流冲蚀、岩浆 侵入等地质破坏 。一般来说 ，一个矿井是不会普遍存在上述所有因素的，往往只是其中某个 因素 比较发育 ， 成为影响生产 的重要 因素 ， 我 们以此 项因素作 为其他开采地 质条 件的代表 ， 其 指标构成用下式表示 。 Z0 一 ma x{ Z0， ， ZQ。 ， ZQ ， ZQ }． 3 式中z Q 第 i 块 段其他开采地质 条件 指数 ； z ‘ 第 i 块段顶底板 条件指数 ； Z Q 第 i 块 段煤 层倾角指数 ； z Q 第 i 块段 陷落柱 发育程 度指数 ； Z Q 第 i 块 段河流冲蚀等特殊破块程 度指数 ； ma x 表示 对以上 四个指数取 最大 值 。 2评价 方 法 采用地质等性块 段的作法 ，把井 田 内每一层可采煤层逐次划分成若 干个块 段 ，并认为在 同一个块段 内部 ，开采地 质条件基本相似 ，属 于同个等级 ，可以用一个指数值 来表示其对采 煤 有利或不利 的程度 。把最 终划分出的块段作 为评 价对 象 称作评价单元 ，综 合三 项地 质 条件指数值，得到表示评价单元开采地质条件好坏程度的一个量化指标。 首 先划分构造块 段。在井 田构造纲要 图上 ，以大 中断层 落差大于 2 0 r n，简单 区可适 当 维普资讯 第 2期 赵理 中 煤层 开 采地 质条 件分 区 评价 降 低至 1 O ～1 5 m或大 中褶 曲轴为主要界线 ，配 台倾 角突变线 及某些 人为界线 尽量结合采 区设计边界划分出块段 在划分好的块段内，认 为其构造条件是等牲的，是大断层的一盘 或大褶 曲的一翼 对每个块段 进行构造指数赋值 。 然 后 ．再根据钻孔煤厚 资料 ，在每个构造块段 内按 1 ． 3 m、2 ． 0 m、3 ． 5 m、6 ． 0 m 划分 出几个煤 层等性块段 。把煤层 等性 块段 作为评价单元 ，在每 个块段 内认 为其构 造条 件及煤 层 条件基本相似，每个块段内的其他开采地质条件 ，可根据一定法则和矿井具体地质情况分等 级给予评 价 。各种指数具体 赋值 ，我们通过多次试验 ，采用以下赋值规则 。 2 ． 1 构造 指数赋值 衰 1 由前面 1 式说 明构造指数包括面积 、边界构造 及块 段 内小构造情况三个方面 。块段 面 积的大小 ，其本身就与大中构造发育程度有关。大中构造越发育 ，划分的块段教会越多，块 段面积也就越小。而块段面积越小，其边界构造对块段 内部影响就会越大 ，而使开采地质条 件变 差 。所 以 ，面积指数按块段面积 由大到 小指数值增 大 。 块段边界构造 条件对块段 内构造发育程度 有决 定性 影响 。考虑块 段受地应力的强弱 ，由 参 考文献。 ，规定 出边界构 造指数赋值规则 。 块段 小构造指数是 指在未开拓生产 区，依据勘 探资料证 实了的 ，规模 小于边界构造的断 层情况 ，表 1规定 了对它的赋值规则 。 最 后 ，累加上述 三项 ，得出块段构造 条件 指数 ，它的取 值范 围在 1 ～l 8之 间 。 裹 1 块段 构造 条 件指 数鼠 值规 则 指数 赋 值 依 据 指 教值 面 块段 面积 单位 k m s 4 0 积 4 S 2 0 ． 5 指 2 S1 1 数 1 S o ． 5 2 Z 0 5 S 0 2 3 0 ． 2 S 4 构 造 边 边 界无断 层 ，块段 宽缓 褶 曲轴为 界 0 界 边界 只 一倒有 一条断 层 ．其 他边界 为摺 曲轴 1 指 构 边 界两 恻有两 条断层 ．为一组 接应 力指 向开 口、平 行、 收 口分 别为 2 3 、4 造 边 界由 两组断 层构成 ．接应 力指向 开 口、平行 、收 口分 别为 5 、6 、7 教 指 边 界由 三组断 层构成 ．按 应力 指向 开 口、平行 、收 口分 别 为 8 、9 、1 0 数 边 界断 层剖面 形态 为地垒 ．或为简 单单斜 加 1 边界断层剖面形态为阶梯状 ，或为宽缓褶曲 加 2 Z G Z G 边 界断 层剖面 形态为 地堑状 ，或为 紧密褶 曲 加 3 小构 无撬 一级 小构造 0 造指 有次一级小构造，组合为地垒 0 ． 3 数 有 次一缓 小构造 ，组台 为 阶梯 0 ． 6 Z G r 有次一级小构造，组合为地堑 l 0 2 ． 2 煤层指数赋 值 表 2 对煤 层等性 块段也要考虑 面积固素 ，块段 面积大 小反映煤 厚变化的程度 。而块段 面积 与 合理 划分正规采区和采 面关 系很 大 ，越是面积大 、条件 好的块段 ．对生产越有利 。参 照构造 面 积指 数赋值规则 ，对煤 层块段 的面积指数也是 随 着面积 由大到小而增大 。 煤层 厚度是极其重要 的一项 开采条件 。 根据采煤 实践及效果分析 ， 以稳定的 中厚煤层 ， 特 维普资讯 山 西 矿 业 学 院 学 报 第 1 2卷 别是 |互O ～3 ． 5 r ／ l 的煤层 ．开 采条 件最 好 ．开采效 益最高 。按照对开采 有利的顺 序 ，规 定煤 层 块段 厚度指数赋值规则 。 煤层结构一般应考虑有无夹矸、夹矸层数、夹矸层最大厚度 、夹矸层岩性及硬度等几个 方面 。根据 结构 复杂程度 附加 一定指数值 。 煤层形 态指数是考 虑煤 层的平 面形 态及煤 层厚度变化情况 ，有 无煤 厚不可采 点及 无煤 区 存在等 根据实际变化情况附加一定指数值 。 最后 累加上述 四项 ，得 出块段煤 层条件指数 ．它的取值范 围在 l ～l 2之 间。 表 2 块 段煤 层 条件 指 数赋 值规 则 - 指数 赋 值 最 据 指数值 煤 层块 段面 积 4 0 面 4 S 2 0 5 积 2 S 1 1 煤 指 1 S仉 5 2 数 O ． 5 Sm 2 3 层 zM 0 2 S0 0 5 4 O 05 S 5 条一 攥 煤 层厚度 单 位 m 2 ～ 3 5 0 厚 1 3 ～2 1 件 指 3 5 ～ 6 2 数 3 指 ZM ． l 2为 Ⅳ．煤 层指数取值范 目 1 ～1 2 ，将其分为 四类 1 ～3为 I．4 ～6为 Ⅱ．7 ～ 9为 I， 9为 Ⅳ．然后 ．按照表 4的规 则进 行综 合。 对表 4再作一 下说 明 ．块段开采地质条件综 合分类共 分为五个等级 。 I 类块 段 构造与 煤 层条件均为 I， 其 他开 采地 质条件均 不超过 2 ；I 类 块段 煤 层和构造条 件均 为 Ⅱ．或其 中 一 项 为 I，另一项 为 l，其他条 件不超过 3 ；m类块段 构造和煤层条 件有一项 为 Ⅲ，另一项 为 i 或 Ⅱ， 其他开采地质条件不超过 3 ；N类块段 构造和煤层条件均为 Ⅲ， 或者是其中有一 项 为 V类块 段 构 造和煤 层条 件均 为 Ⅳ．对 I、 I类块段 ，是 开采地 质条 件好和较 好的 维普资讯 第 2期 赵 理中 煤 开 采地质 条 件舒 K 芈价 块段 ，可 以考虑综 采或部分综采 。 对 Ⅲ类块段 ，是开采地 质 条件中等的块段 ，可以考虑 高档 或普采 。对 Ⅳ、 v类块 段 ．是开采地质 条件差和极差 的块 段 ．只适宜饱 采 ．甚至 可采。 表 3 块 段其 他开 采地 质条件 指数 赋 值规 则 指数 蜮 值 嗽 船 指数 顶 直接顶 隐定 ．老 顶 导 蒋 底 直 接顶 较 稳定 ．老硬 5 j 冒落 或 等 落 板 直接顶 j f 稳定 ．老顶 中等 落或 塑 吐穹 曲 其 直接顶 不 稳定 ． 老顶难 臂落 z 0 颤 0 ～1 2 。 I 墨 j 3 。 ～ 1 2 1日 。 ～ 3 5 、 3 4 条 陷落柱分 布 平均 密崖少 于 j十， k m ． 件 陷 指 落 箔落柱分布平均 密度在 5 ～1 5 个- k m‘ 数 柱 名落柱分布平均 密虚狂 I 5 ～ 十／ k in Z0 0 哨落柱分 布 密度 2 s t k m雌J 一 如 果 确落 柱平 面 面识大 r 6 曲 - - - 。“上 ．指教 值再 Ji l l - 其 他 视 发育 程度 眭对煤 层破 坷 、情 圮嘟值 1 ～ ． Z 0 3 实例介 绍 西 铭矿是年产 3 0 0万 t 的特大 型矿 井 ， 综采水平高 ． 需要 有足够的适宜综采的采 区。l曲铭 矿 区位 于西山煤 田东北 ， 区内大断层不多 ， 渡状 表 4 块段开采地质条件综台评价表 褶 曲发育 ，陷落柱很发育 ，矿井地质 条件类型 定为 I类 。 主要开 采煤 层为山西组及太原组 2 、 3 、7 、8 、9五层煤。2号煤层位 于最 上部 ，开 采历史 久远 ．井 田东部与 中部 已基本 采完 ，积 累 的地 质和开 采资料很丰 富 我们 以西 铭矿 2 号煤 为研究对象 ．应用前述 的方法 ．把 全井 田 划分 为 8个构造 块段 ， 对 2号煤层 划分 为 l 8个 煤层块 段 ，然后对各块段进行指数 赋值和类 别划分 价的可 靠性 。 ＼ l iⅢ 并与近年来 实际开采效果对照 ，验证 砰 附图 西铭矿 2号煤层开采地质 条件分 区图 中， 构造 块段 的界线 大 型断层和大型褶曲轴 为为界 ，煤 层块 段是 以煤厚 2 ． O m、3 ． 5 m 的等厚线 为界 ．其中第 Ⅶ、第 Ⅶ块段是 未开拓区 表 5列 出各块段 的指数赋值情 况 。 由于西铭矿是陷落柱极 发育 的矿 井 ， 平均密度 为 7 ． 6个 ／ k in ，故 陷落柱发育程 度 z Q， 来代 表其他开采地质条件 陷落柱 在西 铭矿区的发育程度 明显分 为东、中 、西三 区．东区最 发育 ，中区次之 ，西 区发育较少 ． z Q 即按此规律赋值 表 5最下一行给 出块段综 台评价类别 。 可 以看 出 ． 西 铭矿 2号煤 层的开采地质 条件 总的来看都在 Ⅲ类 上 ，即全 医属 好 、较好和 中等地质 条件 ，全 区可 以施 行综 采或高档机 采。此 外 ．辽 可 以看出西铭矿 明显存 在 由东 向西 即由构造 块段 编号从 I 一 Ⅷ的顺序 地质条件逐渐变好 ． 未 采区的第 Ⅷ、第 Ⅶ块段均 属开采地质条件很好 的 } 类块段 ，这主要 是 由于煤层 指数 和其他开 维普资讯 山 西 矿 业 学 院 学 报 第 1 2卷 附图西铭 矿 2号 煤层 开采 地质条 件井 区盘 15万 】 1 一 断层线 2 一 褶曲 轴 ；3 一 煤 屉露 *线 4 一 煤 层等厚 线 ；5 一井 界 6 一拘 造块段 边界 采地质条件 指数决 定 的。这个预测评价 意见对西铭矿进一步开展综采提供 了可靠依据 。 表 5 西 铭矿 2号 煤层 分块 段开 采地 质条 件赋 值 表 块 掏造块 段 V 段 煤层块段 j 【 I I Ⅱ Ⅱ “ I ～ Ⅵ Ⅵ 6 U Ⅷ Ⅶ 面积指教 I 面租 k in 2 4 2 7 8 6 1 3 6 1 4 6 2 2 拘 Z G l 指数值 0 5 造 边 界构造 指数 ZG 】 4 指 数 小构造 指 数 Z C - 0 2 0 ． 1 0 】 0 3 Z G 块 段掏 造指 数 Z G 1 ． 5 C 2 1 1 0 6 1 8 】 折 算级 别 】 I i 】 面积指数 f 面积 k in 】 01 9 1 ． 2 l 0 ． 3 3 2 1 8 0 7 4 ． 0 2 ． 1 2 8 Z M 指数 值 2 1 1 f 3 2 0 ． 5 0 5 0 j 1 煤 厚度指数厚度 m 3 5 2 t 2 3 5 2 层 ZM 指 数值 1 0 1】 2 0 1 2 1 1 指 数 结 构指 数 2 0 0 0 Z M 形态 指数 ZM 2 1 1 2 1 0 1 块 段 煤层指 数 ZM 4 5 2 1 _ 5 ， 折算 级别 JI l 其他开 采地质 条件指 数 ZQ ～ { I Ⅳ 块段 综合 评价粪 别 I l Ⅲ f 把 已采 区的评 价结 果与开采实际对照 ．可以看出预涮评价是较 客观的 。例如 ．评价为 1 类 的 V 块段包括 西 Ⅵ l 及西 Ⅵ一 3两个 工作面 ， 西 Ⅵ一 1工作面 劳动效率平 均 1 0 ． 0 4 t ， 西 Ⅵ 一 3工作 劳动 效率平均 1 4 9 6 t ．地 质面积损 失率 为 1 0 0 m ／ 万 1 7 1 评 价 为 Ⅱ类 的 V 块段包括 维普资讯 第 2期 赵 理中 煤 层开 采地 质条 件分 区评价 1 4 9 西 Ⅳ--4 、 西 Ⅳ_ 6等工作 面 ， 它 们的 劳动 效率仅 6 ～7 t ， 而地质面积 损失率 高达 3 0 0 0 m ／ 万 m ． 仅就 这两个块段 的对 比可以初步证 明评价是较符 合实际情 况的 。 以上介绍 的开 采地 质条件评价方法还应在更 多的矿区试验 ，在 各种 条件 的井 田中赋值并 验证 ，从而使 赋值规 则更加合理 ．具有通用性 。该方法虽 然仍处于半定量水平 ，但是 疗法简 便 易行 ．可以直接 利用勘探资料作分析研 究 ，把预 测评 价工作作在规 划设计之 前 ，这有很大 实 用 意 义 。 由于水平和 能力 所限 ，问题肯定不少 。 从 不同条件 的矿 区考虑 ． 会有异议和 修改意见。恳 请 批评和指导正是作 者的企望。 参考文献 1 王惶 晴综 采地 质 蕞件的 过计评 价． 矿井地 质 ．1 9 8 7 f 1 2 刘坚等试 用等性 块 段法确 定 夹河煤矿 矿井地 质 条件类 别煤 田地 质 与勘 探 ．1 9 9 0 f 3 3矿井地 质 规程．煤 炭 工业 出版社 ．1 9 8 5 4西钻 矿矿井 地质 报告酉铭 矿地测 科 ．1 9 9 0 Th e Bl o c k Ev al ua t i o n o f Ge ol og i c a l Con di t i on s i n Co a l s e a m M i ni ng Zhao Li z h ong 1 e p t ．o f G e o l o g y a n d S u t ,e y i n g Th e b l o c k e v a l u a t i o n i s d e s i g n a t e d a s d i v i d i n g e v e r y mi n a b l e s e a m wi t h i n t h e c o a l -- mi n i n g f i e l d i n t o ma n y b l o k s a n d t h i n k i n g W i t h i n e a c h b l oc k， t h e g e o l o gi c a l c o n d i t i o n s a r e i n t h e s a me c o mp l e x l e v e l a n d t h e b l o c k s e r v e s a s a n e v a l u a t i o n u n i t ． Ta k e e v e r y b l o c k a s e v a l u a t i o n u n i t a n d t h e n g i v e a s e r i e s i n d e x n u mb e r s t o i n di v i d u a l g e o l o g i c a l c on d i t i o n s，Fi n a l l y s y n t h e s i z e q u a n t i t a t i v e i n d e x t o s ho w t h e c o m p l e t e p i c t u r e o f t h e mi n i n g g e o l o g i c a l c on d i t i o n s o f t h i s e v a l u a t i o n u n i t ． Th i s me t h o d h a s b e e n u s e d i n Xi mi n g M i n e a n d t h e r e s u l t s s h o w t h a t i t i s f e a s i b l e a n d v e r y u s e f u 1 ． K EY W ORDS m i ni ng g e ol o g i ca l c ondi t i ons；bl oc k ev a l u at i on；qu ant i t at i v e i nde x； s ynt he t i c c l a s s i f i c a t i on； j nde x v a l ue 维普资讯