基于永定莊煤礦補充勘查技術分析

馬 英

（大同煤礦集團永定莊煤業有限責任公司，山西 大同 037024）

1 前言

永定莊煤礦隸屬于同煤集團同忻井田，位于大同煤田向斜中段東南側，地理位置在大同市西南約23.5km 處，地處大同市南郊區。目前，永定莊區侏羅系煤炭資源已枯竭，因此同煤集團決定對永定莊井田（石炭二疊系）再進行補充查勘。在以往勘查及補勘報告取得的地質資料基礎上，本次勘探需進一步揭露山4 號礦的地質情況及可采邊界線和可采范圍，并根據《煤、泥炭地質勘查規范》的規范要求，對該井田內石炭二疊系含煤地層的地質特征及其分布規律做一次全面、系統的歸納和總結，并為礦井建設的可行性研究和初步設計提供更為詳實的地質資料。

山4 號煤范圍由10 個拐點圈定。井田東西長平均4.17km，南北寬平均2.94km，井田面積為14.43km2。2、3～5、8 號煤層由12 個拐點圈定。井田東西長平均4.5km，南北寬平均2.3km，井田面積9.30km2。井田位置圖如圖1 所示。

圖1 井田的位置圖

2 補充查勘的工作方法

該井田的構造形態為一走向NE、傾向NW、南高北低的單斜，地層傾角一般在1 ～18°，向北較為平緩，目前尚未發現斷層。在侏羅系生產礦井中發現有一些正斷層，落差較小未延伸至石炭二疊系地層內。2、3～5、8 號煤層遭受巖漿巖侵入破壞嚴重，未發現有陷落柱，構造屬中等類。本井田內石炭二疊系所含煤層多達14 層，而主要可采煤層3～5、8 號厚度大。3～5 號煤層平均24.96m，最厚可達41.98m；8 號煤層平均4.60m，最厚可達13.40m(1706 號孔)。井田全部賦存，且界內部分鉆孔遭受巖漿巖侵入破壞，巖漿巖以巖床的形式侵入煤層中，致使煤層結構復雜化。另外，各煤層灰分變化較大，煤芯煤樣測試化驗工作量大，所以選擇主要以鉆探及物探測井的手段來完成補充查勘工作。本次補充查勘共施工鉆孔33 個，總工程量為18333.11m，其中水文孔1 個，工程量680.05m。

2.1 鉆探查勘

本次補充查勘的區域內共施工33 個鉆孔，鉆孔三維坐標測量，采用的是三臺套全球衛星定位相對靜態（GPS）Trimble 4600LS 接收機施測，將勘探區內施工完的鉆孔與測量人員所做的E 級GPS控制點，按點連式構成GPS 網。作業方法嚴格執行GB/T 18341-2001《地質礦產基準測量規范》。野外數據采集的基本技術指標有以下幾點：（1）衛星高度角要大于等于15；（2）有效觀測衛星總數要大于等于5 顆；（3）觀測時段長度要大于等于30min；（4）采樣必須間隔15s；（5）采樣方式單頻；（6）PDOP 要小于等于10。

野外數據采集后，要利用GPSurvey2.35 版隨機軟件進行內業數據處理。首先是對GPS 網的基線進行解算，基線解算是采用同一種數學模型，通過計算機自動完成。為了提高基線值的質量，在基線解算過程中，把接收信號不好的衛星剔除，通過計算機自動處理后的基線值均獲得雙差固定解。三邊同步觀測環全長相對閉合差最大0.3197（ppm），最小0.1660（ppm）。

基線自動解算后，首先在WGS-84 坐標系中進行無約束平差，參與平差的觀測值群通過了X2 檢驗，單個觀測值通過了“τ”檢驗。在GPS 網無約束平差的基礎上，進行大同礦區獨立坐標系下二維約束平差，約束條件是本次所用的E 級GPS 控制點的平面坐標。GPS 網二維約束平差通過后，再進行三維約束平差。三維約束平差后的緯向點位中誤差mX0.4（mm）～0.7（mm），平均為0.55（mm）。經向點位中誤差 mY0.3（mm）～0.5（mm），平均為0.4（mm）。高程中誤差mH35.7（mm）～43.0（mm），平均為39.4（mm）。邊長中誤差最大1.6（mm），最弱邊相對中誤差1:562309。

2.2 物探測井

（1）根據勘探區地質任務的要求和測井工作的實際情況，本區測井工作的主要任務是：

① 劃分鉆孔地層巖性，繪制鉆孔地質剖面。

② 掌握煤、巖層物性特征和組合規律，確定煤層層位、深度、厚度、結構及夾矸的巖性，確定可采煤層的頂底板巖性和厚度。

③ 推斷解釋可采煤層碳、灰、水的重量百分比含量，煤系地層砂、泥、水的體積百分比含量。

④ 通過鉆孔取芯和測井資料的對比分析研究，解釋斷點位置、破碎帶厚度、斷層性質及落差。

⑤ 提供測井鉆孔的孔斜度和方位角及井徑。

（2）測井工作方法和測井使用的儀器設備

① 使用的儀器設備及性能：使用的儀器設備為陜西渭南煤礦專用設備廠生產的TYCS-3Q 型車載數字測井儀和上海地質儀器廠生產的JJX-3 型井斜儀。本次使用的測井儀器設備均按D2/T0083-93《煤田地球物理測井規范》調校細則進行了調校，密度三側向探管在鋁模塊、有機玻璃模塊上進行了刻度，聲速探管在鋁筒內、井斜儀在校驗架上、三側向電阻率在刻度器上進行了調校，測試項目全部達到合格標準。

② 選取的測井參數及技術條件：根據礦區內煤巖層的地質、地球物理特征和本次測井所要完成的地質任務及以往測井的試驗成果，本區選取了全孔測量，長源距伽馬伽馬（源距為0.35m）、短源距伽馬伽馬（源距為0.20m）、三側向電阻率（極距0.1m）、自然伽馬及聲波測井。工程測井包括井溫、井斜和井徑。采樣間隔為0.05m。提升速度按儀器出廠時的說明6m/min，本次測井使用源種為137CS，源強為75mc，放射性活度為3.7×109Bq。

③ 測井定性、定厚解釋原則：煤層定性依據視電阻率、密度、聲速曲線的高幅值和自然伽馬的低幅值而定。煤層深度和厚度的解釋在1:50 曲線上進行。對于可采煤層、伽馬曲線用相對幅值的1/3～2/5分層定厚，視電阻率曲線依據根部分離點解釋，聲速曲線和自然伽馬曲線則以相對幅值的半幅點分層定厚。對不可采煤層在1:200 曲線上進行綜合解釋。對孔內巖性的劃分，以自然伽馬曲線和視電阻率曲線為主，參照其他各參數曲線并結合勘探區地質特點在1:200 測井曲線上進行綜合解釋。

④ 數字測井資料的處理及其成果：此次勘探所有鉆孔的可采煤層成果均在現場解釋定案，現場解釋成果在沒有原則性的錯誤時，室內處理時一般不做修改。各鉆孔的數字測井資料在室內采用中國煤田地質總局開發的CLGIS1.0 測井資料處理軟件。該處理軟件能夠完成對原始數據的讀入、預處理、數字運算、自動識別巖性、自動分層、巖性分析、煤層分析和巖石強度參數的分析計算。

3 補充查勘的技術分析

3.1 鉆探查勘的技術分析

（1）從鉆孔測量上看，根據精度的統計，本次所測鉆孔坐標成果完全滿足GB/T 18341-2001《地質礦產勘查測量規范》中規定的鉆孔測量技術要求。

（2）鉆孔的質量

① 鉆孔終孔后根據《煤田勘探鉆孔（工程）質量標準》的要求，逐項開展了現場的三結合驗收（見表1）。

表1 補充查勘鉆孔的質量統計表

② 煤層質量：煤層厚度≥0.70m 時，都按照驗收標準進行質量評級（見表2）。

③ 簡易水文：本次補勘鉆孔均進行了簡易水文觀測。水位觀測率和消耗量觀測率在90%以上。

④ 丈量鉆具：每鉆進100m，見煤前或止煤后10m 的范圍內及終孔，所有鉆孔均進行了鉆具丈量，并作到了合理平差，對孔深誤差小于0.15%的鉆孔亦進行了合理平差。

⑤ 孔斜：補勘鉆孔終孔后均經過了電測斜工作，所有鉆孔孔斜均達到了質量標準要求。

⑥ 鉆孔封閉：凡鉆孔內所見可采煤層均按設計要求進行了封閉，水泥、砂子、水配比為1:1:0.70，孔口均埋設了標志，補勘所施工鉆孔均進行了砂漿取樣檢查。侏羅系煤層及采空區均進行了封閉，但未做封孔質量啟封（捅孔）檢查，因此封孔質量無法評價。

3.2 測井的技術分析

本次的測井工作都是根據地質礦產部頒發實施的D2/T0080-93《煤田地球物理測井規范》的要求進行，并對測井成果質量嚴格按照測井工程質量驗收標準進行評級。評定結果，甲級孔為33 個，甲級孔率為100%，煤層分層質量，優質層93 層，優質率為100%。因此，本次測井工作選擇測井參數和技術條件合理，工作方法正確，質量較好，所獲得的資料也是十分可靠的。