基于永定庄煤矿补充勘查技术分析

马 英

（大同煤矿集团永定庄煤业有限责任公司，山西 大同 037024）

1 前言

永定庄煤矿隶属于同煤集团同忻井田，位于大同煤田向斜中段东南侧，地理位置在大同市西南约23.5km 处，地处大同市南郊区。目前，永定庄区侏罗系煤炭资源已枯竭，因此同煤集团决定对永定庄井田（石炭二叠系）再进行补充查勘。在以往勘查及补勘报告取得的地质资料基础上，本次勘探需进一步揭露山4 号矿的地质情况及可采边界线和可采范围，并根据《煤、泥炭地质勘查规范》的规范要求，对该井田内石炭二叠系含煤地层的地质特征及其分布规律做一次全面、系统的归纳和总结，并为矿井建设的可行性研究和初步设计提供更为详实的地质资料。

山4 号煤范围由10 个拐点圈定。井田东西长平均4.17km，南北宽平均2.94km，井田面积为14.43km2。2、3～5、8 号煤层由12 个拐点圈定。井田东西长平均4.5km，南北宽平均2.3km，井田面积9.30km2。井田位置图如图1 所示。

图1 井田的位置图

2 补充查勘的工作方法

该井田的构造形态为一走向NE、倾向NW、南高北低的单斜，地层倾角一般在1 ～18°，向北较为平缓，目前尚未发现断层。在侏罗系生产矿井中发现有一些正断层，落差较小未延伸至石炭二叠系地层内。2、3～5、8 号煤层遭受岩浆岩侵入破坏严重，未发现有陷落柱，构造属中等类。本井田内石炭二叠系所含煤层多达14 层，而主要可采煤层3～5、8 号厚度大。3～5 号煤层平均24.96m，最厚可达41.98m；8 号煤层平均4.60m，最厚可达13.40m(1706 号孔)。井田全部赋存，且界内部分钻孔遭受岩浆岩侵入破坏，岩浆岩以岩床的形式侵入煤层中，致使煤层结构复杂化。另外，各煤层灰分变化较大，煤芯煤样测试化验工作量大，所以选择主要以钻探及物探测井的手段来完成补充查勘工作。本次补充查勘共施工钻孔33 个，总工程量为18333.11m，其中水文孔1 个，工程量680.05m。

2.1 钻探查勘

本次补充查勘的区域内共施工33 个钻孔，钻孔三维坐标测量，采用的是三台套全球卫星定位相对静态（GPS）Trimble 4600LS 接收机施测，将勘探区内施工完的钻孔与测量人员所做的E 级GPS控制点，按点连式构成GPS 网。作业方法严格执行GB/T 18341-2001《地质矿产基准测量规范》。野外数据采集的基本技术指标有以下几点：（1）卫星高度角要大于等于15；（2）有效观测卫星总数要大于等于5 颗；（3）观测时段长度要大于等于30min；（4）采样必须间隔15s；（5）采样方式单频；（6）PDOP 要小于等于10。

野外数据采集后，要利用GPSurvey2.35 版随机软件进行内业数据处理。首先是对GPS 网的基线进行解算，基线解算是采用同一种数学模型，通过计算机自动完成。为了提高基线值的质量，在基线解算过程中，把接收信号不好的卫星剔除，通过计算机自动处理后的基线值均获得双差固定解。三边同步观测环全长相对闭合差最大0.3197（ppm），最小0.1660（ppm）。

基线自动解算后，首先在WGS-84 坐标系中进行无约束平差，参与平差的观测值群通过了X2 检验，单个观测值通过了“τ”检验。在GPS 网无约束平差的基础上，进行大同矿区独立坐标系下二维约束平差，约束条件是本次所用的E 级GPS 控制点的平面坐标。GPS 网二维约束平差通过后，再进行三维约束平差。三维约束平差后的纬向点位中误差mX0.4（mm）～0.7（mm），平均为0.55（mm）。经向点位中误差 mY0.3（mm）～0.5（mm），平均为0.4（mm）。高程中误差mH35.7（mm）～43.0（mm），平均为39.4（mm）。边长中误差最大1.6（mm），最弱边相对中误差1:562309。

2.2 物探测井

（1）根据勘探区地质任务的要求和测井工作的实际情况，本区测井工作的主要任务是：

① 划分钻孔地层岩性，绘制钻孔地质剖面。

② 掌握煤、岩层物性特征和组合规律，确定煤层层位、深度、厚度、结构及夹矸的岩性，确定可采煤层的顶底板岩性和厚度。

③ 推断解释可采煤层碳、灰、水的重量百分比含量，煤系地层砂、泥、水的体积百分比含量。

④ 通过钻孔取芯和测井资料的对比分析研究，解释断点位置、破碎带厚度、断层性质及落差。

⑤ 提供测井钻孔的孔斜度和方位角及井径。

（2）测井工作方法和测井使用的仪器设备

① 使用的仪器设备及性能：使用的仪器设备为陕西渭南煤矿专用设备厂生产的TYCS-3Q 型车载数字测井仪和上海地质仪器厂生产的JJX-3 型井斜仪。本次使用的测井仪器设备均按D2/T0083-93《煤田地球物理测井规范》调校细则进行了调校，密度三侧向探管在铝模块、有机玻璃模块上进行了刻度，声速探管在铝筒内、井斜仪在校验架上、三侧向电阻率在刻度器上进行了调校，测试项目全部达到合格标准。

② 选取的测井参数及技术条件：根据矿区内煤岩层的地质、地球物理特征和本次测井所要完成的地质任务及以往测井的试验成果，本区选取了全孔测量，长源距伽马伽马（源距为0.35m）、短源距伽马伽马（源距为0.20m）、三侧向电阻率（极距0.1m）、自然伽马及声波测井。工程测井包括井温、井斜和井径。采样间隔为0.05m。提升速度按仪器出厂时的说明6m/min，本次测井使用源种为137CS，源强为75mc，放射性活度为3.7×109Bq。

③ 测井定性、定厚解释原则：煤层定性依据视电阻率、密度、声速曲线的高幅值和自然伽马的低幅值而定。煤层深度和厚度的解释在1:50 曲线上进行。对于可采煤层、伽马曲线用相对幅值的1/3～2/5分层定厚，视电阻率曲线依据根部分离点解释，声速曲线和自然伽马曲线则以相对幅值的半幅点分层定厚。对不可采煤层在1:200 曲线上进行综合解释。对孔内岩性的划分，以自然伽马曲线和视电阻率曲线为主，参照其他各参数曲线并结合勘探区地质特点在1:200 测井曲线上进行综合解释。

④ 数字测井资料的处理及其成果：此次勘探所有钻孔的可采煤层成果均在现场解释定案，现场解释成果在没有原则性的错误时，室内处理时一般不做修改。各钻孔的数字测井资料在室内采用中国煤田地质总局开发的CLGIS1.0 测井资料处理软件。该处理软件能够完成对原始数据的读入、预处理、数字运算、自动识别岩性、自动分层、岩性分析、煤层分析和岩石强度参数的分析计算。

3 补充查勘的技术分析

3.1 钻探查勘的技术分析

（1）从钻孔测量上看，根据精度的统计，本次所测钻孔坐标成果完全满足GB/T 18341-2001《地质矿产勘查测量规范》中规定的钻孔测量技术要求。

（2）钻孔的质量

① 钻孔终孔后根据《煤田勘探钻孔（工程）质量标准》的要求，逐项开展了现场的三结合验收（见表1）。

表1 补充查勘钻孔的质量统计表

② 煤层质量：煤层厚度≥0.70m 时，都按照验收标准进行质量评级（见表2）。

③ 简易水文：本次补勘钻孔均进行了简易水文观测。水位观测率和消耗量观测率在90%以上。

④ 丈量钻具：每钻进100m，见煤前或止煤后10m 的范围内及终孔，所有钻孔均进行了钻具丈量，并作到了合理平差，对孔深误差小于0.15%的钻孔亦进行了合理平差。

⑤ 孔斜：补勘钻孔终孔后均经过了电测斜工作，所有钻孔孔斜均达到了质量标准要求。

⑥ 钻孔封闭：凡钻孔内所见可采煤层均按设计要求进行了封闭，水泥、砂子、水配比为1:1:0.70，孔口均埋设了标志，补勘所施工钻孔均进行了砂浆取样检查。侏罗系煤层及采空区均进行了封闭，但未做封孔质量启封（捅孔）检查，因此封孔质量无法评价。

3.2 测井的技术分析

本次的测井工作都是根据地质矿产部颁发实施的D2/T0080-93《煤田地球物理测井规范》的要求进行，并对测井成果质量严格按照测井工程质量验收标准进行评级。评定结果，甲级孔为33 个，甲级孔率为100%，煤层分层质量，优质层93 层，优质率为100%。因此，本次测井工作选择测井参数和技术条件合理，工作方法正确，质量较好，所获得的资料也是十分可靠的。