综合勘探法在三聚盛煤矿地质勘探的应用

仝新民

(山西煤炭运销集团 三聚盛煤业公司,太原 030000)

随着我国煤矿井下高产高效综采技术的全面推广,煤矿井下煤层地质构造勘探对煤矿安全高效开采影响越来越显著。目前常规的地质钻探孔较浅,钻孔的轨迹难以精确地测量,可能会导致巷道超前探测不明,从而影响到煤矿巷道的安全高效掘进[1]。石智军[2]等研究了随钻测量定向钻进技术在煤矿井下地质勘探中的应用,叶永露[3]研究了钻探施工及分析在地质勘探中的应用。本次设计采用地质钻探为主,测井为辅,同时结合各类样品测试等综合勘探手段,探明煤层赋存特征及风氧化带范围[4],从而为矿井开采及首采区布置提供可靠的地质资料。

1　一采区概况

三聚盛煤业公司是山西煤炭运销集团太原公司的主力基建矿井之一,根据批复的变更设计,在巷道开拓布置上,由于接近井田边界,受风氧化带影响,地质条件发生了较大变化,特别是揭露的9#煤顶底板岩性及煤层赋存厚度均出现了较大的变化,与设计采用的地质报告有较大的出入。随着巷道逐渐延伸,给巷道的施工及首采面的布置造成了较大的困难。虽然全井田范围内地质勘探程度已经达到设计要求,但在一采区由于煤层接近露头地质条件复杂,加之对该采区岩层赋存特征、风氧化带范围控制程度较低，以及煤层缺失范围不明等因素影响,勘探及试采中所揭露的矿井地质情况与原勘探报告有出入,因此,对三聚盛煤业公司一采区实施地质补勘,进一步查明煤层及顶底板赋存特征及煤层风氧化带范围是非常必要的。这一工作对于进一步完善首采面的布置、保证矿井安全建设、按期完成矿井验收具有重要价值。

三聚盛煤业公司设计开拓煤层为9#煤,水文类型中等,地质条件简单。一采区位于井田南部,上覆下伏无可采煤层,低于奥灰水位。在井田南部(一采区南部)9#煤出露,形成风氧化带。地质报告论述煤层平均厚度11 m,9#煤顶板为L3灰岩,地层产状大致为一个次一级宽缓的褶曲,而巷道施工揭露煤层顶板为泥岩、桃花泥岩互层,地层起伏、煤层厚薄有明显变化。

2　一采区地质补勘施工项目方案

项目实施方案由三聚盛煤业公司提出,委托山西地宝能源有限公司进行设计,并负责钻探工程施工,提交勘探成果。根据前期地质资料及矿井建设揭露的地质条件,结合地形,重点考虑初步设计的首采面位置进行补充勘探,本次设计4个勘探钻孔,分别布置在首采面内及其周围,以地质钻探为主,测井为辅,同时结合各类样品测试等综合勘探手段,探明煤层赋存特征及风氧化带范围。设计钻探工程量675 m,其中1号孔155 m,2号孔100 m,3号孔210 m,4号孔210 m,均为地质钻孔。分别采取9#煤煤芯煤样和9#煤顶板以上30 m、底板以下30 m 岩样进行分析,测定岩石物理力学指标。

3　现场施工及技术要求

首先由地质技术负责人根据设计现场进行踏勘定桩,其次施工单位负责设备到场安装,施工沉淀水池、蓄水池等配套设施,矿方负责整平场地、修整道路、水电供应,最后由监理方负责监督、验收。

施工过程中三聚盛煤业公司地质技术负责人一天两次对施工钻孔现场勘查,分析辨认地层层位、岩性特征,测量钻孔深度,每日上报工程进度及揭露的岩性特征。在揭露煤层时连同监理方、施工方共同验收煤样提取、收集的完整率,检查施工记录,分析水位、钻孔漏水等具体情况,编制施工日志。钻孔揭露煤层再向下施工30 m后终止,通知测井,三方共同验收钻孔的深度、煤岩取芯率,根据测井资料分析钻探记录土层距离、岩石岩性层位、揭煤点位置及钻孔倾斜度,对提取的煤岩芯矿方拍照保存,便于为今后矿井生产地质预测预报、判断揭露的地层层位提供依据。

施工过程中,BK2号钻孔累计施工96.7 m,穿过本溪组进入奥灰2.5 m停止,未探测到煤层,经矿方与施工方研究决定,在BK1与BK2之间补打了BK5钻孔,进一步探明、验证,推断BK2无煤区的范围。

4　勘探成果评价

本次共施工5个钻孔,钻孔编号依次为:BK1、BK2、BK3、BK4、BK5,钻探总工程量754.71 m,物探测井实测米数707.20 m, 补充勘探工作量，如表1所示。

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

5个钻孔中有4个钻孔采取了9#煤层煤芯煤样,BK2钻孔中9#煤层被风化剥蚀。根据钻探工程控制,9#煤层上部的4#、7#煤层均已尖灭、剥蚀,赋煤区分布于一采区大部,东部、南部局部有剥蚀无煤区,确定了风氧化带的范围。补勘前等高线图及风氧化带预测图见图1。

图1　补勘前等高线图及风氧化带预测图Fig.1　Contour map before supplement exploration and predication of efflorescent oxygenized belts

一采区9#煤层探测煤层厚度为3.60 m～11.70 m,平均8.80 m;在中南部-南部的BK1号钻孔一带煤层厚度相对较薄,有向四周逐渐增厚的趋势。9#煤层顶板岩性局部为L1石灰岩或泥灰岩,大部分为泥岩、砂质泥岩;底板岩性为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩[5-6]。探明一采区发育4个次一级宽缓的褶曲,地层较平缓,地质构造复杂程度类型为简单类型。根据钻探成果修改了采掘工程平面图,由原来一个次一级宽缓的褶曲,更改为4个次一级宽缓的褶曲。补勘后等高线图及风氧化带预测图见图2。

图2　补勘后等高线图及风氧化带预测图Fig.2　Contour map after supplement exploration and predication of efflorescent oxygenized belts

5　结论

本次施工了5个钻孔,终孔深度均在9#煤层下30 m以上,其中BK1、BK4、BK5号钻孔终孔层位均在本溪组,BK2号钻孔终孔层位在峰峰组,BK3号钻孔终孔层位在太原组钻孔的封孔工作全部按照规程要求进行封闭,经验收评级:甲级孔3个,乙级孔2个。

1)在充分收集和利用以往地质资料的基础上,主要是根据本次补充勘探所施工的5个钻孔成果,对一采区地质构造、煤层、煤质、水文地质、风氧化带及开采技术条件等进行了补充性的研究,总体评价了一采区地质构造发育类型、煤质特征、9#煤层(顶、底)板特征,探明和控制了经济基础储量,为矿井首采面布局及今后一采区开采、设计提供了可靠的地质依据。

2)一采区补充勘探施工完成后,配合山西地宝能源有限公司编制完成了《山西煤炭运销集团三聚盛煤业有限公司一采区地质补勘报告》,在通过了集团公司组织的专家组评审后,集团公司以(晋能煤管函[2017]293号)号文进行了批复。本次补勘从设计、施工到批复,历时三个月,投资70余万元,为下一步矿井的建设,特别是一采区工作面的布置提供了有力的依据,补勘工作及成果达到了预定效果。

3)通过补充勘探,资料的对比,一采区的地质特征变化较明显,设计的首采面部分处于风氧化带内。该报告为矿井建设规划提供了真实资料,减少了矿井投资成本,使矿井尽快进入验收阶段。