矿井地质类型划分中的一些问题讨论

贾建称，董 夔，吴 艳，巩泽文，吴敏杰

(1.煤炭科学研究总院，北京 100013； 2.中煤科工集团西安研究院有限公司，西安 710054)

确定矿井(井工煤矿)地质类型是煤矿企业合理安排生产接续、优化开采设计、有针对性地开展隐蔽致灾地质因素排查、有效防治煤矿重特大灾害事故的地质依据，也是煤矿安全监察机构监督检查和分类指导煤矿安全生产的工作依据。我国矿井地质类型划分工作始于20世纪80年代，20余年来我国煤矿开采地质条件、矿井地质保障能力、煤炭行业管理体制、煤矿数量与生产规模发生了深刻变化，一系列新的标准和规范相继施行，为了更好地满足现代化矿井安全高效生产对地质条件查明程度的需求，原国家安全生产监督管理总局/国家煤矿安全监察局于2011年提出并组织修订《矿井地质规程》(试行)[1]，2013年底印发了《煤矿地质工作规定》[2](以下简称地质规定)，自2014年3月1日起正式实施。《地质规定》施行5年来，对于加强和规范煤矿地质工作、促进隐蔽致灾地质因素普查技术进步、有效预防煤矿地质灾害事故等起到了积极的推动作用，但在执行中也出现了这样或那样的问题。现根据作者参加2016—2018年全国部分省(区)矿井隐患排查治理、煤矿全面安全体检，以及审查一些主要产煤省(区)煤矿地质类报告和多年从事矿井地质工作的体会，讨论矿井地质类型划分中的一些问题。

1 矿井地质类型划分工作现状

依规划分矿井地质类型、按时提交《矿井地质类型划分报告》，是《地质规定》对煤矿地质工作的基本要求，也是煤矿企业地质工作的主要任务之一，但实际工作中存在以下问题。

(1)矿井地质类型划分工作覆盖面不全。《地质规定》第十三条和第十五条规定了划分矿井地质类型的时间、报告编写纲要和评定要求，即矿井首部地质类型划分报告应在基建矿井移交生产后1年内提交，之后每5年应重新确定；当煤矿发生突水和煤与瓦斯突出等影响矿井地质类型划分的地质依据变化时，煤矿应在1年内重新划分地质类型；矿井地质类型划分报告由煤矿企业总工程师组织审定。在检查的92对生产矿井中，有27个煤矿无矿井地质类型划分报告，占29.35%；4对发生事故煤矿的矿井地质类型划分报告已过时，12个煤矿企业自编的矿井地质类型划分报告未经审定，占13.04%。矿井地质类型划分与审定工作未实现全覆盖。

(2)矿井地质类型划分的基础资料不足。矿井地质类型划分报告是煤矿地质工作成果的集中体现和矿井开发地质条件的科学总结，以井田地质勘探(详终)资料、矿井(水文)地质补充勘探报告、资源/储量核实报告、矿井水文地质类型划分报告、煤层瓦斯参数测试报告、矿井瓦斯等级鉴定报告、煤岩冲击倾向性鉴定报告、冲击危险性评价报告、矿井煤层顶底板岩石物理力学性质测试报告、地震勘探报告、电法勘探报告、煤矿未来5年生产接续计划，井下见煤点煤层观测台账、地质构造台账、岩浆岩和陷落柱台账、瓦斯涌出量台账、涌水量台账、测温点台账、煤层顶底板地质观测台账，井田及周边煤矿调查表、断层与褶皱统计表、煤质综合成果表、煤炭资源/储量估算基础表与汇总表，以及《地质规定》附录A.10附图与主要井巷地质素描图为基础，经分析研究编写而成。实际上，大部分煤矿的这些资料不全，尤其是缺少煤层瓦斯参数测试报告、煤岩冲击倾向性鉴定报告、地质构造台账、井下见煤点煤层观测台账、井下测温点台账、井下煤层顶底板地质观测台账，矿井及周边煤矿调查表，以致对煤层可采程度与稳定性、瓦斯类型、顶底板类型的评价依然使用煤(井)田地质勘查阶段的资料，矿井地质类型划分依据不充分，划分结果对矿井安全生产的指导价值不高。

(3)确定矿井地质类型的范围理解有偏差。是以矿井范围的地质因素为依据来确定矿井地质类型，还是以水平、采区、采面的地质因素复杂程度来确定矿井地质类型，历来是有争议的[3]。《地质规定》第十四条指出：一个矿井原则上只评定划分一种地质类型，但矿井开采地质条件有明显分区规律时，可分区、分煤层划分地质类型。实践中，91.4%的煤矿提交的涉及矿井地质类型划分的地质类报告是以整个矿井为评价对象，以井田勘查阶段的地质资料为蓝本进行的。没有很好地利用建井以来采掘工程揭露的地质信息，更缺乏对矿井地质规律的总结和对生产接续区开采地质条件的预测。这不符合矿井地质类型划分的初衷和《地质规定》的本意。

(4)对一些划分依据的理解欠准确。矿井地质类型是根据构造复杂程度、煤层稳定程度、瓦斯类型、水文地质类型和其它开采地质条件，按照统一划分标准和“就高不就低”的原则来确定的。这5项划分依据具有同等重要地位，但部分是定性的，准确把握有一定难度，导致划分结果不具有唯一性。92个煤矿通过评审的53部矿井地质类型划分报告中，对地质类型确定正确的仅有16部，正确率不足31%。陕西省是产煤大省，也是煤炭科技强省。为了全面加强和规范全省煤矿地质工作，强化地质灾害勘查研判和风险管控，严防煤矿隐蔽致灾地质因素诱发煤矿地质灾害事故，省煤炭生产安全监督管理局[4]决定在全省集中开展煤矿地质报告修编工作(陕煤局发〔2017〕11号)，并给出了编写提纲。经专家组评审，各矿提交的地质报告(修编)的一次性通过率仅为32.67%，有43.1%的报告经过3～4次修改方通过评审。地质报告(修编)一次性通过率低的主要原因是矿井地质类型划分不合规。

2 对矿井地质类型划分一些依据的理解

准确把握矿井开采地质条件及其对煤矿安全生产的影响程度，是正确划分矿井地质类型的前提。

2.1 地质构造复杂程度

地质构造复杂程度是以断层、褶皱、岩浆岩是否影响采区的合理划分和采煤工作面的连续推进为依据分类的，以三个因素中复杂程度最高的一项来定型。这传承了《煤、泥炭地质勘查规范》(DZ/T 0215-2002)[5]附录D1和《矿井地质规程》(试行)[1]的精髓，与之具有一致性，问题主要出在对断层影响程度的评判上。我国大部分煤矿做过采区三维地震勘探，落差5m以上的断层和3～5m的断点得到有效控制，但在构造探采对比时，很少有煤矿结合矿井煤层条件来阐明断层对采区布置和工作面连续推进的影响；有的煤矿将地震断层全部视为已知断层，与矿井揭露断层一起优化采区和工作面后，来评价断层对采区合理划分和工作面连续推进的影响，在一定程度上降低了地质构造复杂程度级别。

断层对采区合理划分和工作面连续推进的影响评价，是以井田勘探断层对矿井设计划分的采区合理性和工作面连续推进的影响。地质构造复杂程度划分应结合探采对比揭示矿井构造发育规律，从中去伪存真，进而构造形迹，尤其是矿井断层规模、产状、落差与煤层厚度结合起来，综合评价矿井构造复杂程度类型。

2.2 煤层稳定程度

煤层稳定性和煤层稳定程度是密切相关、又显著区别的两个概念。《地质规定》中对煤层稳定性评价沿用了《煤、泥炭地质勘查规范》(DZ/T 0215-2002)[5]及其实施指导意见[6]、《矿井地质规程》[1]的有关标准，即以煤层厚度及其变化规律、煤层结构、煤类、煤层可采程度作为分类依据，按四个因素中稳定性最低的一项确定类型。煤层稳定程度类型是以不同稳定性类型的煤层煤炭资源/储量占全矿井煤炭资源/储量的比例来确定的，因此准确划分煤层稳定性类型是正确确定煤层稳定程度的基础。

煤层稳定性评价涉及的内容较多，主要误解是对煤层结构、煤类和煤层可采程度、其它开采地质因素类型的确定。

2.2.1 煤类

煤层稳定性评价中的煤类是在《中国煤炭分类》(GB/T 5751-2009)[7]基础上，按照煤的工业用途分为褐煤、炼焦用煤(具有黏结性的气煤、肥煤、焦煤和瘦煤)、非炼焦烟煤(长焰煤、不黏煤、弱黏煤、贫煤)、无烟煤等四类。据此评价煤类是否单一。

2.2.2 煤层结构

聚煤盆地中泥炭层堆积是均衡补偿、欠补偿与过渡补偿作用的反复交替过程，因此煤层内和煤层间常有非煤岩石分布，煤层内的非煤岩石以往被称为夹矸。《煤、泥炭地质勘查规范》(DZ/T 0215-2002)[5]及其实施指导意见[6]根据煤层中夹矸数量及分布特征，将煤层结构分为四类，实际工作中把握起来有一定的人为性。赵明鹏等[8]根据煤层中夹石的形态、连续性和产状等，将夹石分为夹矸和夹层。按照煤层中夹矸和夹层的数量及其分布特征来划分煤体结构，对于评价一个具体的开采单元的煤层结构来说简单而实用。

2.2.3 煤层可采程度

煤层可采程度分为可采煤层和不可采煤层，是以全部或基本全部符合煤炭资源/储量估算指标的、具有技术经济与环境效益的某一煤层(集中)分布面积占井田面积的比例为依据划分的。也就是说，在矿井资源/储量估算范围内，如果某一煤层的厚度、灰分、硫分、发热量等全部符合资源/储量估算指标，且目前能够被开采利用的该煤层的集中成片分布面积约占井田面积的1/3，无论有几片，均属于局部可采煤层；如果该煤层在井田范围内可被全部开采利用，属于全区可采煤层；如果该煤层的可采程度介于前两者之间，则属于大部分可采煤层。如果某个煤层的煤质中有一项不符合资源/储量估算指标、或目前不具有开采利用价值，无论其面积或集中分布片数多寡，均为不可采煤层。

2.3 其它开采地质因素类型确定

其它开采地质条件包括煤层顶底板类型、煤层倾角和其它特殊地质因素。矿井地质类型划分中对其它开采地质条件类型的确定出现问题比较多的是煤层顶底板和地热。

2.3.1 煤层顶底板

煤层顶、底板指正常层序的含煤地层剖面中，位于煤层之上、下面一定距离内的岩层。它可以由单一岩石构成，也可以是2～3中岩石互层，或以一种岩石为主夹其它岩石薄层构成。《地质规定》中煤层顶底板类型的确定是以顶底板平整程度、岩石坚硬程度、岩体完整程度、裂隙(节理)的发育程度为依据，采用定性与定量相结合的方法进行综合评价。因此，划分煤层顶底板类型既要用岩石饱和单轴抗压强度、岩体完整性指数来定量评价，还要根据井下观测煤层顶底板的凹凸状况、结构面发育程度进行定性评价，不宜单纯用煤层顶底板岩石力学参数确定煤层顶底板类型。

2.3.2 地热

矿井巷道和工作面的空气温度除受地热影响外，入风气温、机电照明设备散热、煤或硫化物氧化放热、风流自重压缩放热、人体散热等也是主要的热源，因此井下空气温度往往比钻孔测温的高。煤田地质勘查阶段通过钻孔温度测量，利用地热梯度和原始岩温预测未来采场的地温状况，划分热害区范围，地热危害程度应以热害等级来表征。

3 矿井地质类型划分的一些建议

3.1 煤矿企业应重视矿井地质类型划分工作

矿井地质类型划分工作的任务是厘清矿井开采地质条件，目的是合规确定矿井地质类型，目标是为合理安排生产接续、指导煤矿安全高效生产服务。矿井地质类型划分依据体现了矿井开采地质条件的自然属性，其复杂程度反映了煤矿生产受地质因素的潜在威胁程度。因此，煤矿企业应充分认识矿井地质类型划分的必要性和重要性，认真履行企业安全生产主体责任，切实加强和规范地质工作，认真收集和完善矿井地质类型划分所需的资料，依规确定矿井地质类型，按时提交矿井地质类型划分报告。

3.2 矿井地质类型报告与煤矿地质报告的关系

《地质规定》附录A和附录B分别给出了矿井地质类型划分报告和煤矿(建矿、生产)地质报告的编写提纲。段中会等[9]对比两者异同后认为，煤矿地质报告涵盖了煤矿地质类型划分报告内容，建议将后者并入前者中。实际上，矿井地质类型划分报告侧重于厘清和评定矿井开采地质条件。煤矿地质报告采掘工程现状、资源/储量和探采对比，确定矿井地质类型只是其中一节内容。就像水文地质类型划分报告是矿井地质类型划分的基础一样，矿井地质类型划分报告是煤矿(建矿、生产)地质报告编制不可或缺的素材。

时间上，《地质规定》地七十四条要求基建矿井移交生产前6个月，煤矿建设单位应组织编写《建矿地质报告》。那么，矿井首部地质类型划分报告最晚应在基建矿井移交生产前6个月内提交。

3.3 明确矿井地质类型划分的范围

我国煤田开发地质条件千差万别，同一井田的开采地质条件也具有非均一性，即整体“简单”中有“复杂”区域、整体“复杂”中有“简单”区域。《地质规定》第十五条意味着人们对矿井开采地质条件的认识是一个循序渐进的过程，划分矿井地质类型具有继承性和阶段性，与这种阶段性相对应的是采掘空间的变化，现代化煤矿安全高效生产更需要地质工作能够准确预测矿井生产接续区的地质条件。井田地质勘探(包括专项补充勘探)已查明了矿井开采地质条件及其变化规律，矿井建设生产工程揭露的地质资料也佐证了矿井开采地质条件的规律性，煤矿具备以分采区、分煤层划分地质类型来反映矿井地质类型的条件。因此，确定矿井地质类型应以未来5年生产接续区为评价对象，利用已采区的地质规律科学预测接续区的地质条件，根据预测成果确定矿井地质类型。只有这样，才能客观反映矿井地质类型的唯一性与多样性，才能将矿井地质条件与煤矿建设和安全开采结合起来，提交的成果才是煤矿企业所需要的[9]。

3.4 对影响矿井地质类型划分的一些因素的量化

为了将矿井地质类型与煤矿建设与安全开采更紧密地联系起来，体现矿井地质类型划分的客观性和唯一性，应对影响矿井地质类型划分的一些因素进行量化。

3.4.1 断层

断层产状、落差和密度是影响采区划分和工作面安全推进的重要参数。矿井内隐伏有中型断层(落差>煤厚)时，影响水平和采区的合理划分；采区内有小型断层(煤厚≥落差>1/2煤厚)时，给回采和掘进带来困难[10]。建议将断层平面长度超过采区倾向长度、落差超过煤厚的，认定其影响采区合理划分和工作面连续推进；断层落差超过1/2煤厚便可认定为对采煤工作面连续推进有一定影响；断层密度(α)1条/5m以上的，属于断层极发育；1条/10m<α≤1条/5m的，属于断层发育；α≤1条/10m以上的，属于断层较发育。在此基础上确定断层复杂程度类型。

3.4.2 煤层结构

考虑到中国聚煤盆地演化的多期多幕性和盆地内聚煤环境的各向异性，及对开采技术和工艺的影响程度，将不含夹层、或局部含1个夹矸的煤层称为简单结构；将含1个夹层、或局部含1～2个夹矸的煤层称为较简单结构；将含2层夹层、或局部含2～4个夹矸的煤层称为复杂结构；将含2个以上夹层、或局部含4个以上夹矸的煤层称为极复杂结构。

3.4.3 煤层顶底板类型

煤层顶底板平整还是凹凸不平、顶板完整性和裂隙发育程度，是通过井下观测得到的。顶底板平整还是凹凸不平、顶板是否松软破碎易于观测和鉴别，裂隙发育程度应在现场统计的基础上给予定量表达。分析煤层顶板岩石类型与裂隙密度对冒顶的控制，建议用裂缝密度(δ)表征裂隙的发育程度，即δ≥3条/5m，属于裂隙发育类型；1条/5m≤δ<3条/5m，属于裂隙比较发育类型；1条/10m≤δ<1条/5m，属于裂隙不很发育类型；δ<1条/10m，属于裂隙不发育类型。

3.4.4 其它特殊地质因素类型

《地质规定》以陷落柱、冲击地压、地热和天窗等地质因素的危害程度定性确定其它特殊地质因素的类型。为便于掌握和统一划分结果，建议以生产接续区工作面陷落柱数量、冲击地压危险程度[11-12]、热害区和天窗的面积占比来定量表征(表1)。

表1 其它特殊地质因素类型评价表

注：无冲击危险，Wt<0.3；弱冲击危险，0.3≤Wt<0.75；强冲击危险，0.75≤Wt<0.95；不安全，Wt>0.95。

4 结论

1)煤矿企业应将矿井地质类型划分作为落实企业安全生产主体责任的工作内容，不断加强和规范地质工作，充分收集矿井地质类型划分所需的基础资料，依规按时提交地质类型划分报告。

2)矿井首部地质类型划分报告应在基建矿井移交生产前6个月内提交。

3)矿井地质类型划分报告应将矿井地质条件与煤矿安全生产建设结合起来，以未来5a生产接续区为评价对象，根据预测的接续区开采地质条件来合规确定矿井地质类型。

4)矿井地质类型划分是一定时期对矿井开采某一区域的地质条件的归纳和归类，为了体现矿井地质类型划分的唯一性，应对影响地质类型的地质因素的复杂程度评价进行量化。提出断层落差超过1/2煤厚便可认定对工作面推进有一定影响，用断层密度表征断层的发育程度，用裂隙密度表征裂隙的发育程度，用煤层夹层和夹矸的数量确定煤层结构类型，以生产接续区工作面内陷落柱数量、冲击地压危险程度、热害区和天窗的面积占比来表征其它特殊地质因素复杂程度。建议将上述各因素的四分法应用到矿井地质类型确定中。