山西河东煤田离柳矿区矿井地质勘查探矿工程应用

苏刚

（山东大联矿业工程有限公司，山东 泰安 271001）

一、地质概况

该矿井井田位于晋西黄土高原、吕梁山中段西侧的河东煤田离柳矿区，为侵蚀性黄土低中山区[2]；矿区的控制性构造为走向北东向北西倾斜的单斜构造，东部为较大宽缓褶曲，褶曲其间伴有断层。地貌类型以侵蚀的黄土梁、峁为主，其次为黄土冲沟。地形最高点为井田东部边界处山梁，标高1082.5m，地形最低点为井田西北部边界处沟谷，标高865m，最大相对高差217.5m；该矿井采用主立井、副立井、回风立井开拓，开拓含煤层5 层煤层。

二、自然资源赋存情况

井田范围赋存的矿产主要有：煤炭、铝土、铁矿、粘土矿、石灰岩和稀有元素。具体如下：

1.煤炭：赋存含煤地层为山西组和太原组，山西组含煤层：1、2、3、4、5 层煤层，其中可采煤层2 层：4、5 层煤层；太原组含煤层：6、7、8、9、10、11 号煤层，其中可采煤层2 层：8、9 号煤层。4 号煤层为鸡窝煤，仅局部区域达到可采厚度，不具有规模开采条件。

2.铝土矿：赋存于本溪组底部，平均厚度2.5m 左右，灰白色块状构造，氧化铝平均含量45%，具有工业开采价值。

3.铁矿：赋存于奥陶系古剥蚀面上，呈鸡窝状分布，厚度2m 左右，氧化铁含量53%，分布不均匀，不具有规模开采条件及价值。

4.粘土矿：赋存于太原组底部和顶部，厚度不等，可用作烧制瓷器，已被当地开采创造价值。

5.石灰岩：赋存于奥陶系、本溪组、太原组中，主要作为金属冶炼中的助熔剂、加工水泥、烧制白灰等用途，具有一定开采价值。

6.稀有元素：主要为镓、锗元素，根据分析勘探中采取煤芯煤样情况，镓含量、锗含量均达不到工业可采品位，不具有规模开采条件及价值。

山西河东煤田离柳矿区作为重要的富煤区域，拥有着丰富的煤炭自然资源及开采历史，本文主要深入研究本矿井的山西组含煤层5 层煤层地质勘查工程。

三、5 层煤层地质勘查情况

（一）5 层煤钻探工程与测井数据

1.9 号钻孔，孔口标高1010.66m，钻探工程见煤深度327.24m，止煤深度332.86m，煤层厚度5.62m，煤层结构0.85(0.10)4.67m，纯煤厚度5.52m，煤层采取率93%，顶板、底板均为粉砂岩，底板标高677.8m，质量评价为甲。

测井见煤深度326.47m，止煤深度332.3m，煤层厚度5.83m，煤层结构0.92(0.08)3.87(0.13)0.83m，纯煤厚度5.62m，底板标高678.36m，质量评价为甲。

2.12号钻孔，孔口标高885.1m，钻探工程见煤深度156.79m，止煤深度161.6m，煤层厚度4.81m，煤层结构及纯煤厚度4.81m，煤层采取率79%，顶板为粉砂岩、底板为砂质泥岩，底板标高723.5m，质量评价为甲。

测井见煤深度155.12m，止煤深度161.37m，煤层厚度6.25m，煤层结构1.90(0.18)3.16(0.13)0.88m，纯煤厚度5.94m，底板标高723.73m，质量评价为甲。

3.15号钻孔，孔口标高945.45m，钻探工程见煤深度119.71m，止煤深度125.53m，煤层厚度5.82m，煤层结构1.10(0.12)4.60m，纯煤厚度5.7m，煤层采取率95%，顶板、底板均为砂质泥岩，底板标高819.92m，质量评价为甲。

测井见煤深度119.25m，止煤深度125.2m，煤层厚度5.95m，煤层结构0.57(0.13)0.80(0.20)4.25m，纯煤厚度5.62m，底板标高820.25m，质量评价为甲。

4.17号钻孔，孔口标高949m，钻探工程见煤深度50m，止煤深度54.11m，煤层厚度4.11m，煤层结构及纯煤厚度4.11m，煤层采取率60%，顶板为粉砂岩、底板为砂质泥岩，底板标高894.89m，质量评价为甲。

测井见煤深度49.2m，止煤深度54.35m，煤层厚度5.15m，煤层结构0.75(1.96空)2.44m，纯煤厚度3.19m，底板标高594.65m，质量评价为甲。

（二）钻孔综合利用数据

1.9号钻孔见煤深度326.47m，止煤深度332.3m，煤层厚度5.83m，煤层结构0.92(0.08)3.87(0.13)0.83m，资源储量估算厚度5.62m，顶板、底板均为粉砂岩，底板标高678.36m，质量评价为甲。

2.12号钻孔见煤深度326.47m，止煤深度332.3m，煤层厚度5.83m，煤层结构0.92(0.08)3.87(0.13)0.83m，资源储量估算厚度5.62m，顶板为粉砂岩、底板为砂质泥岩，底板标高678.36m，质量评价为甲。

3.15号钻孔见煤深度326.47m，止煤深度332.3m，煤层厚度5.83m，煤层结构0.92(0.08)3.87(0.13)0.83m，资源储量估算厚度5.62m，顶板、底板均为砂质泥岩，底板标高678.36m，质量评价为甲。

4.17号钻孔见煤深度326.47m，止煤深度332.3m，煤层厚度5.83m，煤层结构0.92(0.08)3.87(0.13)0.83m，资源储量估算厚度5.62m，顶板为粉砂岩、底板为砂质泥岩，底板标高678.36m，质量评价为甲。

四、井工作业揭露验证

（一）井工作业设计

回采工艺采用综采放顶煤一次采全高走向长壁采煤法，全部垮落法管理顶板，开采落煤方法为双滚筒采煤机单向割煤，采高2.0±0.1m，截深为0.8m，循环进尺0.8m，采放比为1：1.51。考虑工作面煤厚、采高、硬度、地质条件、过煤量、运输效率等因素，结合当地高产高效采煤工作面所需的基本配套，进行三机配套选型。采煤机选用MG160/375-W 双滚筒无链液压牵引采煤机。液压支架选用ZF4000/15.5/25B 型基本支架96 架，端头过渡支架6 架、端头支架2 组、超前支护液压支架4 组、锚固液压支架1 架。刮板输送机选用SGZ764/320 型号。

设计采煤生产情况：设计采煤工作面长度150m，循环进尺0.8m，每天按边采边准进行组织生产，每班按2 个循环组织生产，设计割煤高度2.0m，放煤高度3.5m，回收率95%。

掘进工作面采用EBJ-120TP 型综掘机落煤，功率190Kw，按照迎头断面要求割煤，两帮预留煤厚100-200mm，两肩窝及两底根煤岩采用风镐等工具处理。采用2 部MQT-120/2.5 锚杆机，两帮用风钻或风锚头，风钻配直径22mm 中空六角钢钎及直径32mm柱齿钻头，选用FBD-NO.6.0 对旋式2×15KW 风机，实现双风机双电源，主副风机自动切换，压入式通风。

设计掘进生产情况：设计掘进迎头断面净宽3.6m，净高2.7m，每班完成3 个正规循环，每日完成6 个循环，循环进尺1.8m，班进尺5.4m，日循环10.8m，正规循环率85%。

通过以上优化设计，矿井年产煤炭产量突破100 万吨，实现了产能最大程度的释放。

（二）验证穿过地段的煤（岩）层地质

1.井工作业期间，回采、掘进工作面顺5 层煤底板施工，以所揭露的顶、底板岩性特征主要情况进行地质分析：

老顶岩性为细砂岩、粉砂岩，厚度5-8m，岩性特征深灰色，含少量页片化石，含黄铁矿，摩氏硬度为2-3。

直接顶岩性为砂质泥岩、粉砂岩，厚度0-3.64m，岩性特征深灰色，含植物化石，摩氏硬度为3-4。

伪顶岩性为泥质页岩，厚度0-0.5m，岩性特征深灰色，含植物化石。

煤层，平均厚度5.5m，煤质为1/3 焦煤。

直接底岩性为泥岩，部分厚度0.6-0m，岩性特征浅灰色，井田东部较厚，向西逐步变薄。部分厚度0.75-0.5m，岩性特征浅灰色，细砂岩与灰黑色粉砂岩互层，以细砂岩为主，摩氏硬度为4-5。

老底岩性为粉砂岩，厚度4.0-2.1m，岩性特征浅灰色，层状结构，含翅羊齿及少量根部化石，摩氏硬度为5。

2.水文地质情况。5 层煤层带压开采的同时，分析奥灰水突水系数0-0.06MPa/m，判断5 层煤层底板奥灰水突水危险性小；范围内山西组、太原组各含水层单位涌水量小于0.1L/s.m，分析富水性为弱；地面没有水库、河流、湖泊、池塘，不具备大量补水的实际条件，地面存在季节性排洪冲沟，仅在雨季有短暂水从冲沟中流出，在井田外向西汇入河流。地面有矿井沉降裂隙，及时观察受井下开采影响而出现的地表水通过裂缝、塌陷渗入到井下。井田内未曾发生过突水，井工作业工作面煤壁和顶板挂汗，尚不构成水害威胁。矿井曾受水害影响，前期开发过程中实际测得最大涌水量为600m³/d，5 层煤层均存在采空区积水，且位置、范围、水量已查明，矿井专门设立矿井防治水综合管理机构、配备探放水施工队伍，有针对性的开展水害防治工作，按相关要求绘制各类图纸资料，留设足够的防水煤柱，对采空区、废弃的巷道实施严格密闭，留设观测孔观察情况。

3.综合地质情况。矿井相对瓦斯涌出量为0.67m³/t.d，绝对瓦斯涌出量为1.39m³／min，为瓦斯矿井，特别是遇见临近采空区等地点时，容易产生甲烷、硫化氢等有害气体，在施工前必须严格执行排瓦斯的安全技术措施；二氧化碳绝对涌出量1.09m³/min，相对涌出量1.60m³/t；煤尘火焰长度80mm，加岩粉量70%，煤尘有爆炸性；煤的自燃倾向性等级为Ⅱ级，属自燃煤层，发火期6 个月，特别是该矿井及该区位范围内的相邻矿井，虽然未发生过煤层自燃事故或火区，但是施工现场中仍须加强浮煤清理工作，严禁施工过程中使用明火、火花、非隔爆设备；地温16-20 摄氏度；回采、掘进工作面不属于冲击地压倾向工作面,根据施工过程中的矿压观测情况判断无冲击地压，且本面开采范围内无应力集中区，受临近采空区影响，部分巷道有压力显现，主要变现形式为个别段巷壁片帮，顶板破碎。

五、结论

通过山西河东煤田离柳矿区矿井应用地质勘查钻探工程施工，对含煤层5 层煤进行了充分地质预判，提供了一手地质资料。通过现场揭露验证，核实了煤层赋存状况，紧密结合井工作业实际指导生产，为实现矿井年产突破百万吨高产高效提供了有力支撑，为民生稳定、资源保供和提升当地经济效益提供了有力保障，积累了地质勘查探矿工程的经验，在同类矿井中具有较好借鉴意义。