綜合勘探方法在煤礦中的應用

1礦井擴大區地質勘探程度低,缺乏地質資料七里塘煤礦位于安徽省淮南市西部。這是由國投新集能源有限公司建設的第三個煤礦。該井于1996年開始生產，設計年產量為30萬噸。后因生產發展的需要,礦井生產能力擴大為年產量60萬t,礦井的走向長由原來1.85km擴大到8.3km,面積由原來3.7km2擴大到17.4km2。但是礦井擴大區的地質勘探程度很低,煤炭儲量多為遠景儲量,已有的地質資料遠遠滿足不了礦井建設及生產的需要,必需進行補充勘探工作。若按常規的做法,不僅投資大,勘探工期也長,而礦井擴建工程又急需進行,因此制訂出投資少、技術可行、工期又能滿足礦井建設需要的勘探方案是當務之急。2礦業集團的地質概況井田位于淮南煤田的西部,東至淮河邊,隔水與淮南礦業集團的孔集煤礦相鄰,西至013勘探線,南抵F2斷層,北至謝橋向斜軸;東西長8.3km,南北寬2.1km,面積17.43km2。(圖1)2.1含煤地層及含水層礦區內地層主要由奧陶系、石炭系、二疊系、第三系、第四系組成,除在礦區東部有零星基巖出露外,其余均被新生界覆蓋。二疊系地層整合于石炭系太原組之上。含煤地層主要為二疊系,全部隱伏于新生界松散沉積層及巖層之下,據鉆探揭露厚899~990m,共含煤30余層,總厚36.13m,含煤系數5%;全區可采和大部可采煤層8層,平均厚度21.06m,占所有煤層總厚度的58.29%。根據巖性和含水層的空間、水動力特征、埋藏條件等,本井田含水層主要有:新生界空隙承壓含水層、砂巖裂隙含水層、巖溶承壓含水層。各含水層之間為粘土層或粘土巖所間隔,無水力聯系。2.2上盤和基底上盤該井田處在淮南復向斜內的謝橋向斜南翼的上方推覆體內(非原地系統),該推覆體是由阜(陽)鳳(臺)逆沖斷層及其分支斷層形成的夾塊,即阜鳳逆沖斷層的上盤,主要為石炭系、二疊系。基底(原地系統)即阜鳳逆沖斷層的下盤,從上到下主要為二疊系、石炭系、奧陶系。受區域推覆體構造的影響,井田總體構造呈軸向近東西的不對稱倒轉褶曲形態,其兩翼的地層產狀變化劇烈;上部正常翼傾向北,傾角陡(60~90°),斷層稀少,構造復雜程度為中等;而下部倒轉翼傾向南,傾角變化大多為20~30°,少數50~70°,小斷層較發育,且多集中于倒轉翼(-460m)軸部附近。全井田構造復雜程度為中等偏復雜。3水文地質勘探問題50年代安徽煤田地質一隊曾在本區進行普查找礦,1989年6月決定開發該區,當時由于時間和資金等問題,僅在井田的04至06線,走向長1.85km的范圍內進行了精查勘探;水文地質勘探工作較少,全取心孔1個,專門水文孔2個,取水樣3個。井田擴大范圍內(以下稱為西部采區)的勘探工程很少,特別是06線至013線,走向長4km的范圍內僅有3個地質鉆孔資料。(圖1)4地質問題及地質解釋按照建礦和生產的要求,井田西部采區資源勘探急需解決的地質問題主要有:煤層賦存狀況;新生界空隙承壓含水層的厚度、分布狀況及其含水性;巖溶承壓含水層的分布狀況和含水性;主要地質構造的空間展布;煤層開采的工程地質條件。針對上述問題和已有的地質資料,我們與淮南工業學院等科研單位合作,大膽的采用新技術、新手段,因地制宜地制定出:以物探先行,物探指導鉆探和巷探,又利用鉆探和巷探的成果驗證物探效果的勘探方案?？碧焦こ虒嵤┣闆r如下:4.1探巷布置設計根據本區主采煤層賦存比較穩定的特點,采取以井下巷探為主,鉆探為輔,結合礦井開采的需要布置探巷。選擇全區發育較穩定的8#煤層,在礦井回風水平做順層探巷,在采區石門的位置布置穿層探巷,在采區石門之間的順層探巷內布置穿層鉆孔,探查其他煤層。4.2西部采區第三系地層技術的地質特征和賦存規則工程地質特征及區域賦存規律的探測地質解釋井田廣泛分布新生界,總厚度84.93~188.58m。其中對煤層回采安全影響最大的第三系,厚51.9~87.87m,平均68.6m。巖性以淺灰白色鈣質粘土為主,夾多層泥灰巖,局部夾砂類透鏡體、礫巖和礫石層,其含水性分布不均勻。為保證礦井煤層安全回采,合理地提高采區的回采上限,對西部采區第三系工程地質特征及區域賦存規律進行探測研究。采用的技術方法如下:a.在分析、整理已有地質資料的基礎上,相對均勻地布置物探的測線、測點。b.采用聲納法檢測第三系厚度:用長排列和共偏移距聲波反射法,以普通雷管為震源,用KDY—1礦井地震儀、GJY—1型工程檢測儀為聲波信號采集器,地表空間采樣率為2m,覆蓋次數為3次;累計在西部采區隨地聲納測線布置長度不小于2000m。探測物理點不少于1000個。在測線上,向下探測第三系的頂底界面,深度誤差不大于2%。c.補充2個全取心鉆孔,對第三系巖心進行工程地質性質試驗室測定。d.利用多元回歸分析法,依據鉆孔和聲納探測結果,繪制西部采區第三系頂、底界面等高線圖和等厚線圖;結合巖心工程的地質成果,對西部采區的第三系工程地質特征進行評價。4.3確定斷層位置及布置鉆孔由于對橫穿井田的F1、F2斷層控制的勘探工程很少,具體位置擺動較大。為了少打地面鉆孔,利用斷層兩盤地層的物性差異性,先用電剖面法確定斷層的位置,再布置鉆孔進一步驗證。實踐證明,采用這種方法大大提高了控制構造孔的成功率。4.4a組太原群石灰巖儲存法和太原群巷道地質條件分析A組煤主要為1#和3#煤層,全區可采。但在其下18m處發育有石炭系灰巖,該灰巖層組總厚101~127m,含灰巖3組(厚43~64m),巖性為石灰巖、白云質灰巖,含巖溶裂隙承壓水。因其分布不均給探放水鉆孔的布置造成困難。為保證該礦能安全試采A組煤,在現有8#、6#煤的順層巷道中,采用礦井地球物理勘探方法,超前探測A組煤的1#、3#煤層和底板灰巖的賦存狀況,并對太原組灰巖富水性進行評價,進而有針對性地布置鉆孔。采用的工作方法和探測內容如下:a.利用8#、6#煤層的運輸大巷為測線,布置探測工程施工。在這些測線上,向前方探測A組煤及太原組灰巖(3灰)的賦存規律并評價其富水性。b.聲納法檢測:利用相對恒定的最佳偏移距,每2m一個測點,以普通雷管為震源,用KDY—1礦井地震儀為聲波信號采集器,地表空間采樣率為2m,覆蓋次數為3次進行聲波反射波法逐點測試A組煤與底板灰巖的賦存狀況和構造發育特征,從而判定底板灰巖可能的導水通道和賦水空間。c.在測線上進行電測深法探測,進一步評價底板灰巖富水性。d.依據礦井地質資料和聲納探測結果與電法勘探結果,繪制探測區水平切面圖;綜合分析A組煤及太原組灰巖的賦存規律并評價其富水性。4.5巖心、導水裂隙帶重點對勘探區13#煤層覆巖變形破壞規律進行了研究,主要作了以下工作:a.利用鉆孔巖心在實驗室內測試13#煤頂板、第三系巖(土)層及第四系表土層的物理力學性質和水理性質;b.采用分步酸解法和X射線衍射半定量評價第三系巖心的化學成分和礦物成分;c.采用地面地震探測法和視電阻率電法,探測1302工作面走向上第三系頂、底界面的埋深,其中地震法采用的是長排列、共偏移法,電法采用的是電測深和二極電剖面法;d.采用孔中動態波速檢層方法探測13#煤采空區覆巖中導水裂隙帶發育高度;e.利用八里塘礦已有的勘探資料和礦井涌水量資料對第四系底部的富水性進行分析。5地質成果和地質條件歷經一年的綜合勘探工程,完成了地面鉆孔5個(工程量1200m),井下探巷2000m(現全部被用于礦井開采),井下鉆孔4個(300m),物探測線6000m。查清了該區主要可采煤層的賦存狀況,儲量級別由D級升為A級。利用物探加少量鉆探工程及水文試驗,查清了新生界第三系的工程地質性質及賦水特征,為合理留設防水煤柱提供了科學依據。基本了解了1#煤層底板灰巖含水層的分布狀況和含水性,為合理布置探放水鉆孔提供了地質資料。利用物探和鉆探工程,比較精確地控制了主要構造的空間展布形態。利用第三系的勘探成果,輔以必要的室內外實驗和試驗,較全面地了解了煤層開采的工程地質條件,為合理布置階段高度(回采工作面采高)提供了依據。這次勘探工程不僅提交了滿足礦井擴建和生產要求的地質資料,而且大大縮短了勘探工期(比常規勘探方法提前了一年多),還成倍地降低了勘探成本。(僅用了鉆探方法1/10的資金)6施工方法的選擇a.根據勘探性質、地質條件、技術經濟等綜合因素,因地制宜地,合理制定勘探方案是地質勘探的關鍵。對急傾斜隱伏型煤田的地質勘探,若采用鉆探的方法,鉆孔的布置密度需要很大,且容易出現達不到設計要求的鉆孔;采用綜合勘探手段,物探先于鉆探,井下鉆探先于地面鉆探,物、鉆、巷探相結