彬長礦區蔣家河煤礦探采對比分析

田增輝，楊宏科，李 亮

(陜西省一八六煤田地質有限公司，陜西 西安 710065)

0 引言

蔣家河煤礦位于陜西省中西部，屬華北地層區鄂爾多斯盆地南部的彬長礦區，煤礦面積22.26 km2，現為生產礦井，2016年原煤產量76萬t。煤礦劃分為2個采區，一采區已采5套工作面，二采區已采4套工作面，目前正在回采二采區ZF205工作面。煤礦主采煤層為4#煤層，采用綜采放頂煤一次采全高法，綜采回采率為78%，全部垮落法管理頂板。

經過10余年的開采，蔣家河煤礦積累了豐富的地質資料，加深了對地質條件及其變化規律的認識。為保障煤礦高效開采，經過探采對比分析，提出下一步地質工作的建議。

1 地質特征

1.1 含煤地層及煤層

含煤地層：蔣家河煤礦含煤地層為侏羅系中統延安組，根據巖性、巖相、沉積旋回及煤巖組合特征，將其劃分為3段，自下而上依次為第一段、第二段、第三段，第一段含4#煤，第二段含4-2上、4-1上煤，第三段含3#煤。

可采煤層：延安組含可采煤層3層，局部可采煤層2層：4-1上、4-2上；主要可采煤層為4#煤。目前4-1上煤層和4-2上煤層未開采，見表1。

1.2 煤礦構造

煤礦內含煤地層延安組直接或間接沉積基底為三疊系胡家村組，其起伏形態與三疊系大致相當，并受三疊系基底控制。總體為一起伏較小的坳陷構造，傾角小于4°。

表1 蔣家河煤礦可采煤層特征一覽表

趙坡向斜：煤礦構造位于太峪背斜以北、彬縣背斜以南，地層厚度、產狀、煤層厚度及其起伏受南北2個背斜的影響，總體呈走向NE的向斜，北翼傾向SE，傾角2°～6°，南翼傾向NW，傾角5°～11°。軸部位于煤礦中心部位，由2-1、3-1、4-1、4-2、4-3、3-3、2-4鉆孔控制。

斷層：地表、鉆孔、巷探及地震勘探均未發現較大斷層，二采區工作面順槽掘進時出現過落差1～3 m的高角度正、逆斷層，一般斷距較小。

1.3 煤質

蔣家河煤礦各煤層同屬低變質煙煤。4#煤層浮煤揮發分產率平均值為33.19%，粘結指數為0，為低硫，低磷，富油，中高揮發分，中等軟化溫度灰，屬高熱值不粘煤31號(BN31)。蔣家河煤礦主要供動力用煤。

2 煤礦開采地質情況

2.1 開采煤層厚度變化情況

由于煤礦開采時期施工了部分鉆孔，導致煤層平均厚度發生了變化，各煤層厚度變化情況見表2。

表2 勘探時期與生產時期煤層平均厚度變化表

蔣家河煤礦目前開采4#煤層，井下已揭露區域分布在一采區和二采區。在井下掘進過程中，取得了部分見煤點的煤層厚度。現將勘探時期鉆孔煤層厚度與附近見煤點厚度進行對比，對比結果如圖1所示。從實際揭露的煤層厚度和勘探地質報告以及勘探鉆孔見煤記錄等對比來看，煤層厚度吻合良好。目前煤礦中部已基本開采完畢。

圖1 4#煤鉆孔與附近見煤點煤厚數據對比圖

2.2 開采構造地質情況

通過礦山井巷開采揭露證實：在煤礦二采區僅發育落差1～3 m的小斷層2條，不影響礦井生產。區內褶曲不發育，未發現巖漿巖侵入。

2.3 開采瓦斯地質情況

蔣家河煤礦于2014～2017年在井下對7處進行了瓦斯取樣測試，測試數據見表3。

表3 瓦斯測試情況表

井下瓦斯測試結果表明：蔣家河煤礦煤層瓦斯含量為4.59～7.76 m3/t，屬高瓦斯礦井。

2.4 開采水文地質情況

根據礦井涌水量臺賬統計，近5年來礦井正常涌水量為75 m3/h，最大涌水量為172 m3/h；一采區最大涌水量為122.2 m3/h，正常涌水量為65 m3/h；二采區最大涌水量為172 m3/h，正常涌水量為55 m3/h。

礦井涌水量構成：礦井涌水量主要由井筒涌水、掘進巷道涌水、回采工作面涌水、采空區涌水以及其他涌水組成(圖2)。

圖2 礦井涌水量構成圖

根據礦井的涌水量臺賬數據統計，自2012年至今，礦井未發生突水事故。

目前為止，該礦最大涌水量出現在2014年7月，涌水主要來自1410工作面頂板淋水。其次是2016年6月，主要是203工作面頂板淋水，其它工作面涌水量較小，且比較穩定。

蔣家河煤礦涌水量主要來源于回采工作面頂板淋水，其次來源于采空區水和掘進巷道涌水。頂板充水含水層中直羅組和延安組含水層均富水性弱，接受側向補給為主，補給量有限，水量以靜儲量為主，在回采過程中通過采動裂隙進入礦井，充水強度較弱，涌水量一般在每小時幾十方左右。局部地段洛河砂巖含水層有可能與4#煤導水裂隙帶貫通，地下水可能通過透水導水裂隙帶進入礦坑，對礦井開采構成一定威脅。

3 地質因素探采對比

3.1 構造探采對比

經探采資料分析(圖3)，已采區煤層底板等高線與勘探時期控制的底板等高線沒有變化。這主要是由于勘探時期的鉆孔控制網度較密(750 m×750 m)，控制程度較高的緣故，因而探采情況基本吻合。但越往外圍，由于鉆孔網度稀疏，導致周邊構造控制不足，存在構造出現變化的可能性。由于煤層分布變化受構造形態控制，外圍區域基本處于構造隆起邊緣，以往鉆孔控制程度低，影響開采工作面的布設，需進一步進行控制。

圖3 礦井4煤層底板等高線圖

3.2 煤層探采對比

已采區基本位于原勘探報告中控制精度高，且煤層厚度較大、相對穩定的區域，因而探采資料基本吻合。但越往外圍，煤層厚度變化較大，而且4#煤層存在分岔現象(4-1上、4-2上)，煤層穩定性已變為較穩定煤層。由于勘查控制程度不足，對煤礦后續開采中煤層分布規律的認識造成一定影響。

礦井開拓過程中揭露4#煤層物理性質與勘探過程中4#煤層物理性質一致。具體開采過程中煤質化驗指標與勘探過程中煤質指標對比(見表4)。結果顯示：水分、灰分、揮發分、發熱量均值與勘探時期煤質指標基本一致。

表4 4#煤層勘探階段與開采階段煤質分析成果對比

通過以上煤質指標對比可知，開采時期和勘探時期煤質各指標基本符合。

3.3 瓦斯探采對比

通過對各勘查時期鉆孔瓦斯含量統計，4煤層瓦斯含量在0.02～3.13 mL/g之間，平均1.80 mL/g。在煤礦的實際開采中，在井下進行了瓦斯采樣測試，4煤層瓦斯含量在4.59～7.76 m3/t之間，平均6.74 m3/t，其情況對比見表5。

通過對比發現，實際生產中的瓦斯含量明顯高于各勘查時期的瓦斯含量。分析其原因，主要包括：取樣方法差異、解吸初期溫度影響、煤儲層孔裂隙影響，此外蔣家河煤礦范圍較大，地質勘查時期取點分散，且數量較少，難以反映整個煤礦的瓦斯含量情況。因此，在煤礦開采期間以井下實測的瓦斯含量為主要依據。

表5 各勘查時期與生產時期瓦斯含量對比表

3.4 水文地質探采對比

礦井水文地質勘探類型屬以裂隙充水為主，水文地質條件簡單類型，即“二類一型”。在勘探報告礦井涌水量預算中，礦井正常涌水量145.99 m3/h，最大涌水量230 m3/h。

以往的勘探地質工作認為蔣家河煤礦水文地質條件簡單，礦井涌水量不大，水文地質類型是以裂隙含水層充水為主的簡單型礦床，這些結論與目前礦井揭露的情況差距不大。根據目前的實際開采情況，近5年來礦井正常涌水量為75 m3/h，最大涌水量為172 m3/h。

4 結語

經勘探與開采資料綜合分析，目前蔣家河煤礦已采范圍占全煤礦范圍的1/3多，且多位于厚～全厚煤層分布區域。面臨著即將向外圍開采的現實。但越往外圍，煤層厚度存在急劇突變現象。由巨厚煤層變成中厚～薄煤層甚至接近最低可采邊界線。煤層穩定程度為較穩定型分布區域。中厚～薄煤層分布區占未采面積的80%左右，而且變化較大。建議加快外圍綜合補充勘探工作，提高資源量控制程度，采用高分辨率三維地震、地質鉆探及地球物理等技術方法，提高勘查精度，為礦井下一步開采提供地質依據。以往勘探在煤層較薄區域及構造起伏較大區域控制程度均較低，甚至對煤層最低可采邊界線未投入工程進行合理控制，屬于人為推測。地質工作應重點補做這方面工作，彌補資料的薄弱環節。