綜合勘探法在三聚盛煤礦地質勘探的應用

仝新民

(山西煤炭運銷集團 三聚盛煤業公司,太原 030000)

隨著我國煤礦井下高產高效綜采技術的全面推廣,煤礦井下煤層地質構造勘探對煤礦安全高效開采影響越來越顯著。目前常規的地質鉆探孔較淺,鉆孔的軌跡難以精確地測量,可能會導致巷道超前探測不明,從而影響到煤礦巷道的安全高效掘進[1]。石智軍[2]等研究了隨鉆測量定向鉆進技術在煤礦井下地質勘探中的應用,葉永露[3]研究了鉆探施工及分析在地質勘探中的應用。本次設計采用地質鉆探為主,測井為輔,同時結合各類樣品測試等綜合勘探手段,探明煤層賦存特征及風氧化帶范圍[4],從而為礦井開采及首采區布置提供可靠的地質資料。

1　一采區概況

三聚盛煤業公司是山西煤炭運銷集團太原公司的主力基建礦井之一,根據批復的變更設計,在巷道開拓布置上,由于接近井田邊界,受風氧化帶影響,地質條件發生了較大變化,特別是揭露的9#煤頂底板巖性及煤層賦存厚度均出現了較大的變化,與設計采用的地質報告有較大的出入。隨著巷道逐漸延伸,給巷道的施工及首采面的布置造成了較大的困難。雖然全井田范圍內地質勘探程度已經達到設計要求,但在一采區由于煤層接近露頭地質條件復雜,加之對該采區巖層賦存特征、風氧化帶范圍控制程度較低，以及煤層缺失范圍不明等因素影響,勘探及試采中所揭露的礦井地質情況與原勘探報告有出入,因此,對三聚盛煤業公司一采區實施地質補勘,進一步查明煤層及頂底板賦存特征及煤層風氧化帶范圍是非常必要的。這一工作對于進一步完善首采面的布置、保證礦井安全建設、按期完成礦井驗收具有重要價值。

三聚盛煤業公司設計開拓煤層為9#煤,水文類型中等,地質條件簡單。一采區位于井田南部,上覆下伏無可采煤層,低于奧灰水位。在井田南部(一采區南部)9#煤出露,形成風氧化帶。地質報告論述煤層平均厚度11 m,9#煤頂板為L3灰巖,地層產狀大致為一個次一級寬緩的褶曲,而巷道施工揭露煤層頂板為泥巖、桃花泥巖互層,地層起伏、煤層厚薄有明顯變化。

2　一采區地質補勘施工項目方案

項目實施方案由三聚盛煤業公司提出,委托山西地寶能源有限公司進行設計,并負責鉆探工程施工,提交勘探成果。根據前期地質資料及礦井建設揭露的地質條件,結合地形,重點考慮初步設計的首采面位置進行補充勘探,本次設計4個勘探鉆孔,分別布置在首采面內及其周圍,以地質鉆探為主,測井為輔,同時結合各類樣品測試等綜合勘探手段,探明煤層賦存特征及風氧化帶范圍。設計鉆探工程量675 m,其中1號孔155 m,2號孔100 m,3號孔210 m,4號孔210 m,均為地質鉆孔。分別采取9#煤煤芯煤樣和9#煤頂板以上30 m、底板以下30 m 巖樣進行分析,測定巖石物理力學指標。

3　現場施工及技術要求

首先由地質技術負責人根據設計現場進行踏勘定樁,其次施工單位負責設備到場安裝,施工沉淀水池、蓄水池等配套設施,礦方負責整平場地、修整道路、水電供應,最后由監理方負責監督、驗收。

施工過程中三聚盛煤業公司地質技術負責人一天兩次對施工鉆孔現場勘查,分析辨認地層層位、巖性特征,測量鉆孔深度,每日上報工程進度及揭露的巖性特征。在揭露煤層時連同監理方、施工方共同驗收煤樣提取、收集的完整率,檢查施工記錄,分析水位、鉆孔漏水等具體情況,編制施工日志。鉆孔揭露煤層再向下施工30 m后終止,通知測井,三方共同驗收鉆孔的深度、煤巖取芯率,根據測井資料分析鉆探記錄土層距離、巖石巖性層位、揭煤點位置及鉆孔傾斜度,對提取的煤巖芯礦方拍照保存,便于為今后礦井生產地質預測預報、判斷揭露的地層層位提供依據。

施工過程中,BK2號鉆孔累計施工96.7 m,穿過本溪組進入奧灰2.5 m停止,未探測到煤層,經礦方與施工方研究決定,在BK1與BK2之間補打了BK5鉆孔,進一步探明、驗證,推斷BK2無煤區的范圍。

4　勘探成果評價

本次共施工5個鉆孔,鉆孔編號依次為:BK1、BK2、BK3、BK4、BK5,鉆探總工程量754.71 m,物探測井實測米數707.20 m, 補充勘探工作量，如表1所示。

表1　補充勘探工作量表Table 1　Workload of geological supplement exploration

5個鉆孔中有4個鉆孔采取了9#煤層煤芯煤樣,BK2鉆孔中9#煤層被風化剝蝕。根據鉆探工程控制,9#煤層上部的4#、7#煤層均已尖滅、剝蝕,賦煤區分布于一采區大部,東部、南部局部有剝蝕無煤區,確定了風氧化帶的范圍。補勘前等高線圖及風氧化帶預測圖見圖1。

圖1　補勘前等高線圖及風氧化帶預測圖Fig.1　Contour map before supplement exploration and predication of efflorescent oxygenized belts

一采區9#煤層探測煤層厚度為3.60 m～11.70 m,平均8.80 m;在中南部-南部的BK1號鉆孔一帶煤層厚度相對較薄,有向四周逐漸增厚的趨勢。9#煤層頂板巖性局部為L1石灰巖或泥灰巖,大部分為泥巖、砂質泥巖;底板巖性為泥巖、砂質泥巖、粉砂巖[5-6]。探明一采區發育4個次一級寬緩的褶曲,地層較平緩,地質構造復雜程度類型為簡單類型。根據鉆探成果修改了采掘工程平面圖,由原來一個次一級寬緩的褶曲,更改為4個次一級寬緩的褶曲。補勘后等高線圖及風氧化帶預測圖見圖2。

圖2　補勘后等高線圖及風氧化帶預測圖Fig.2　Contour map after supplement exploration and predication of efflorescent oxygenized belts

5　結論

本次施工了5個鉆孔,終孔深度均在9#煤層下30 m以上,其中BK1、BK4、BK5號鉆孔終孔層位均在本溪組,BK2號鉆孔終孔層位在峰峰組,BK3號鉆孔終孔層位在太原組鉆孔的封孔工作全部按照規程要求進行封閉,經驗收評級:甲級孔3個,乙級孔2個。

1)在充分收集和利用以往地質資料的基礎上,主要是根據本次補充勘探所施工的5個鉆孔成果,對一采區地質構造、煤層、煤質、水文地質、風氧化帶及開采技術條件等進行了補充性的研究,總體評價了一采區地質構造發育類型、煤質特征、9#煤層(頂、底)板特征,探明和控制了經濟基礎儲量,為礦井首采面布局及今后一采區開采、設計提供了可靠的地質依據。

2)一采區補充勘探施工完成后,配合山西地寶能源有限公司編制完成了《山西煤炭運銷集團三聚盛煤業有限公司一采區地質補勘報告》,在通過了集團公司組織的專家組評審后,集團公司以(晉能煤管函[2017]293號)號文進行了批復。本次補勘從設計、施工到批復,歷時三個月,投資70余萬元,為下一步礦井的建設,特別是一采區工作面的布置提供了有力的依據,補勘工作及成果達到了預定效果。

3)通過補充勘探,資料的對比,一采區的地質特征變化較明顯,設計的首采面部分處于風氧化帶內。該報告為礦井建設規劃提供了真實資料,減少了礦井投資成本,使礦井盡快進入驗收階段。