用测井资料分析矿井地温分布规律

2018-12-05梁亚林

山东煤炭科技 2018年6期

梁亚林

（山西省煤炭地质148勘查院，山西太原 030053）

随着几十年的煤矿开采，上部煤层已经逐渐被采空，生产矿井逐步向深部延伸。根据1978年原煤炭工业部颁发的《煤炭资源勘探地温测量若干规定》：原始岩温高于31℃的地区为一级热害区；原始岩温高于37℃的地区为二级热害区。随着开采深度的不断加大，地热危害越来越严重，热害的等级和面积也在不断加大。收集矿区简易井温测井资料并对全部测温钻孔主要煤层做出温度等值线分布趋势图可以对未来热害的防治提供重要参考和依据。

1 勘探区概况

沁水煤田位于山西省东南部，介于太行山、吕梁山、五台山、中条山之间，跨太原、寿阳、阳泉、昔阳、和顺、左权、武乡、沁县、长治、高平、晋城、阳城、沁水、安泽、沁源等20余市、县，面积近30000km2。该煤田范围内有阳煤集团、潞安集团、晋煤集团等大型矿业集团，地方煤矿数百处以上，是中国无烟煤和化工用煤最大的供应基地。沁水煤田是中国目前产煤最多的大型石炭二叠系煤田，是山西省六大煤田之一，煤炭资源量约3000亿t。煤种以高变质的贫煤、无烟煤为主。沁水煤田含煤地层为石炭二叠系，具有开采价值的煤层主要赋存于石炭系上统太原组、二叠系下统山西组，其中3号和15号为主要煤层。

本次所研究的勘探区位于沁水煤田东翼中段，地层发育从煤系地层底部奥陶系中统上马家沟组一直到上部的三叠系下统刘家沟、和尚沟组。区内主要可采煤层为山西组3号煤层，该煤层变质程度为无烟煤，煤层埋藏深（从700m到1200m），结构简单。勘探区整体构造为南北走向、倾向由东向西的单斜构造。区内主要褶皱是S1背斜、S2向斜和S3背斜。S1背斜发育在井田西部，轴向为北5～40°东，两翼地层倾角：东翼倾角6～15°，西翼倾角4～18°，两翼出露地层P2sh，P2s3，为不对称宽缓背斜，延伸长度12790m。S2向斜发育在井田的中部，轴向为北5～30°东，两翼地层倾角：东翼地层倾角6～17°，西翼地层倾角4～15°，出露地层T1l，P2sh，为不对称宽缓向斜，延伸长度13723m。S3背斜发育在井田的东部，轴向为北5～25°东，两翼地层倾角：东翼倾角6～13°，西翼倾角6～13°，两翼出露地层P2sh，P2s3，为不对称宽缓背斜，延伸长度13724m。井田内调查的断裂有2条，F1逆断层位于井田东南部，逆断层走向为北40～60°东，倾向东南，倾角60°，断距60m，井田内延伸长度4000m。F2正断层位于井田北部，走向为北5～25°西，倾向北东，倾角75°，井田内延伸长度4900m。

2 井温测井原理

地热又称地温，系指地球内部的热量。深部矿井温度的增高、地下流出的温泉水和火山喷出炽热的物质等现象，都说明地热的存在。地热主要来自两个方面：（1）太阳辐射热；（2）地球内部热能（主要是放射性元素蜕变所释放出的热）。大量地温资料表明，地层温度一般随深度增加而增加，其变化的程度可用地温梯度来表示，一般所指的地温梯度即深度每增加100m地层温度增加的度数，或者也可以用地温梯度的倒数——增温深度来表示，即温度每增加1℃相当于深度增加的米数。在不同地区增温深度往往是不同的，一般在20～50m范围变化，即使对同一地区由于各种岩层的导热性不同，增温深度也不一样。

温度测井基于钻孔周围地层是一个热稳定体的这个假定，自然温度梯度是由地球热扩散造成的。裸眼井中测量井温可了解地层温度及地温梯度变化。井温测井所用的井温仪多采用电桥电路，电桥的一个臂采用对温度敏感的元件，如温度系数大的漆包线、热敏电阻、半导体二极管等，随着温度的变化，灵敏臂的阻值也发生变化，电桥失去平衡输出正比于温度变化的信号。实际工作中简易井温往往采用在钻孔中自上而下以0.05m的采样间隔连续测量。

3 实际分析应用

勘探区共施工钻孔36个，现将全部钻孔3号煤层简易测温成果收集在一起（表1）并绘制煤层地温等值线分布图（图1 ）。

表1 各钻孔3号煤层温度成果表

图1 3号煤层地温等值线分布图

图2 3号煤层底板等高线图

由3号煤层地温等值线分布图（图1）和煤层底板等高线图(图2)可以看出，井温变化基本受井田由东向西倾斜的单斜构造所控制。在井田西部以S8号孔为界包括S8、S15和S18号钻孔附近煤层埋藏最深，地层温度均超过一级热害标准（31℃），地温梯度为2.1℃/100m，属地温正常为背景的一级热害区（面积约占整个矿区的五分之一），在生产时应加强通风排热措施。井田中部温度变化在22～31℃之间，属于正常温度区。另外中部地温在22～31℃之间变化较大，不如矿区东部和西部变化稳定，可能是因为矿区中部正好处于三个褶皱带部位，由构造变化引起地温变化不均衡所引起的。在井田东部由于煤层埋藏都比较浅，地温普遍低于22℃。