用測井資料分析礦井地溫分布規律

梁亞林

（山西省煤炭地質148勘查院，山西 太原 030053）

隨著幾十年的煤礦開采，上部煤層已經逐漸被采空，生產礦井逐步向深部延伸。根據1978年原煤炭工業部頒發的《煤炭資源勘探地溫測量若干規定》：原始巖溫高于31℃的地區為一級熱害區；原始巖溫高于37℃的地區為二級熱害區。隨著開采深度的不斷加大，地熱危害越來越嚴重，熱害的等級和面積也在不斷加大。收集礦區簡易井溫測井資料并對全部測溫鉆孔主要煤層做出溫度等值線分布趨勢圖可以對未來熱害的防治提供重要參考和依據。

1 勘探區概況

沁水煤田位于山西省東南部，介于太行山、呂梁山、五臺山、中條山之間，跨太原、壽陽、陽泉、昔陽、和順、左權、武鄉、沁縣、長治、高平、晉城、陽城、沁水、安澤、沁源等20余市、縣，面積近30000km2。該煤田范圍內有陽煤集團、潞安集團、晉煤集團等大型礦業集團，地方煤礦數百處以上，是中國無煙煤和化工用煤最大的供應基地。沁水煤田是中國目前產煤最多的大型石炭二疊系煤田，是山西省六大煤田之一，煤炭資源量約3000億t。煤種以高變質的貧煤、無煙煤為主。沁水煤田含煤地層為石炭二疊系，具有開采價值的煤層主要賦存于石炭系上統太原組、二疊系下統山西組，其中3號和15號為主要煤層。

本次所研究的勘探區位于沁水煤田東翼中段，地層發育從煤系地層底部奧陶系中統上馬家溝組一直到上部的三疊系下統劉家溝、和尚溝組。區內主要可采煤層為山西組3號煤層，該煤層變質程度為無煙煤，煤層埋藏深（從700m到1200m），結構簡單。勘探區整體構造為南北走向、傾向由東向西的單斜構造。區內主要褶皺是S1背斜、S2向斜和S3背斜。S1背斜發育在井田西部，軸向為北5～40°東，兩翼地層傾角：東翼傾角6～15°，西翼傾角4～18°，兩翼出露地層P2sh，P2s3，為不對稱寬緩背斜，延伸長度12790m。S2向斜發育在井田的中部，軸向為北5～30°東，兩翼地層傾角：東翼地層傾角6～17°，西翼地層傾角4～15°，出露地層T1l，P2sh，為不對稱寬緩向斜，延伸長度13723m。S3背斜發育在井田的東部，軸向為北5～25°東，兩翼地層傾角：東翼傾角6～13°，西翼傾角6～13°，兩翼出露地層P2sh，P2s3，為不對稱寬緩背斜，延伸長度13724m。井田內調查的斷裂有2條，F1逆斷層位于井田東南部，逆斷層走向為北40～60°東，傾向東南，傾角60°，斷距60m，井田內延伸長度4000m。F2正斷層位于井田北部，走向為北5～25°西，傾向北東，傾角75°，井田內延伸長度4900m。

2 井溫測井原理

地熱又稱地溫，系指地球內部的熱量。深部礦井溫度的增高、地下流出的溫泉水和火山噴出熾熱的物質等現象，都說明地熱的存在。地熱主要來自兩個方面：（1）太陽輻射熱；（2）地球內部熱能（主要是放射性元素蛻變所釋放出的熱）。大量地溫資料表明，地層溫度一般隨深度增加而增加，其變化的程度可用地溫梯度來表示，一般所指的地溫梯度即深度每增加100m地層溫度增加的度數，或者也可以用地溫梯度的倒數——增溫深度來表示，即溫度每增加1℃相當于深度增加的米數。在不同地區增溫深度往往是不同的，一般在20～50m范圍變化，即使對同一地區由于各種巖層的導熱性不同，增溫深度也不一樣。

溫度測井基于鉆孔周圍地層是一個熱穩定體的這個假定，自然溫度梯度是由地球熱擴散造成的。裸眼井中測量井溫可了解地層溫度及地溫梯度變化。井溫測井所用的井溫儀多采用電橋電路，電橋的一個臂采用對溫度敏感的元件，如溫度系數大的漆包線、熱敏電阻、半導體二極管等，隨著溫度的變化，靈敏臂的阻值也發生變化，電橋失去平衡輸出正比于溫度變化的信號。實際工作中簡易井溫往往采用在鉆孔中自上而下以0.05m的采樣間隔連續測量。

3 實際分析應用

勘探區共施工鉆孔36個，現將全部鉆孔3號煤層簡易測溫成果收集在一起（表1）并繪制煤層地溫等值線分布圖（圖1 ）。

表1 各鉆孔3號煤層溫度成果表

圖1 3號煤層地溫等值線分布圖

圖2 3號煤層底板等高線圖

由3號煤層地溫等值線分布圖（圖1）和煤層底板等高線圖(圖2)可以看出，井溫變化基本受井田由東向西傾斜的單斜構造所控制。在井田西部以S8號孔為界包括S8、S15和S18號鉆孔附近煤層埋藏最深，地層溫度均超過一級熱害標準（31℃），地溫梯度為2.1℃/100m，屬地溫正常為背景的一級熱害區（面積約占整個礦區的五分之一），在生產時應加強通風排熱措施。井田中部溫度變化在22～31℃之間，屬于正常溫度區。另外中部地溫在22～31℃之間變化較大，不如礦區東部和西部變化穩定，可能是因為礦區中部正好處于三個褶皺帶部位，由構造變化引起地溫變化不均衡所引起的。在井田東部由于煤層埋藏都比較淺，地溫普遍低于22℃。

4 結論

通過收集勘探區3號煤層簡易井溫測井資料并對其做等值線分析圖可以看出，井溫變化基本受井田由東向西傾斜的單斜構造所控制，在西南部S8、S15和S18號鉆孔附近面積約占整個礦區的五分之一的地方由于煤層埋藏最深地層溫度均達到一級熱害標準，開采時應加強通風措施，為井下工作人員創造良好的工作環境。

隨著煤層開采深度的不斷增加，礦井熱害問題日益顯著，高安全、高質量是當今煤礦生產的主題。了解礦井地溫分布特征及規律，能更有效地為煤礦安全生產做出合理的規劃和指導。