綜合勘探方法在煤礦中的應(yīng)用

綜合勘探方法在煤礦中的應(yīng)用

1礦井?dāng)U大區(qū)地質(zhì)勘探程度低,缺乏地質(zhì)資料七里塘煤礦位于安徽省淮南市西部。這是由國(guó)投新集能源有限公司建設(shè)的第三個(gè)煤礦。該井于1996年開(kāi)始生產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為30萬(wàn)噸。后因生產(chǎn)發(fā)展的需要,礦井生產(chǎn)能力擴(kuò)大為年產(chǎn)量60萬(wàn)t,礦井的走向長(zhǎng)由原來(lái)1.85km擴(kuò)大到8.3km,面積由原來(lái)3.7km2擴(kuò)大到17.4km2。但是礦井?dāng)U大區(qū)的地質(zhì)勘探程度很低,煤炭?jī)?chǔ)量多為遠(yuǎn)景儲(chǔ)量,已有的地質(zhì)資料遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了礦井建設(shè)及生產(chǎn)的需要,必需進(jìn)行補(bǔ)充勘探工作。若按常規(guī)的做法,不僅投資大,勘探工期也長(zhǎng),而礦井?dāng)U建工程又急需進(jìn)行,因此制訂出投資少、技術(shù)可行、工期又能滿足礦井建設(shè)需要的勘探方案是當(dāng)務(wù)之急。2礦業(yè)集團(tuán)的地質(zhì)概況井田位于淮南煤田的西部,東至淮河邊,隔水與淮南礦業(yè)集團(tuán)的孔集煤礦相鄰,西至013勘探線,南抵F2斷層,北至謝橋向斜軸;東西長(zhǎng)8.3km,南北寬2.1km,面積17.43km2。(圖1)2.1含煤地層及含水層礦區(qū)內(nèi)地層主要由奧陶系、石炭系、二疊系、第三系、第四系組成,除在礦區(qū)東部有零星基巖出露外,其余均被新生界覆蓋。二疊系地層整合于石炭系太原組之上。含煤地層主要為二疊系,全部隱伏于新生界松散沉積層及巖層之下,據(jù)鉆探揭露厚899~990m,共含煤30余層,總厚36.13m,含煤系數(shù)5%;全區(qū)可采和大部可采煤層8層,平均厚度21.06m,占所有煤層總厚度的58.29%。根據(jù)巖性和含水層的空間、水動(dòng)力特征、埋藏條件等,本井田含水層主要有:新生界空隙承壓含水層、砂巖裂隙含水層、巖溶承壓含水層。各含水層之間為粘土層或粘土巖所間隔,無(wú)水力聯(lián)系。2.2上盤和基底上盤該井田處在淮南復(fù)向斜內(nèi)的謝橋向斜南翼的上方推覆體內(nèi)(非原地系統(tǒng)),該推覆體是由阜(陽(yáng))鳳(臺(tái))逆沖斷層及其分支斷層形成的夾塊,即阜鳳逆沖斷層的上盤,主要為石炭系、二疊系?；?原地系統(tǒng))即阜鳳逆沖斷層的下盤,從上到下主要為二疊系、石炭系、奧陶系。受區(qū)域推覆體構(gòu)造的影響,井田總體構(gòu)造呈軸向近東西的不對(duì)稱倒轉(zhuǎn)褶曲形態(tài),其兩翼的地層產(chǎn)狀變化劇烈;上部正常翼傾向北,傾角陡(60~90°),斷層稀少,構(gòu)造復(fù)雜程度為中等;而下部倒轉(zhuǎn)翼傾向南,傾角變化大多為20~30°,少數(shù)50~70°,小斷層較發(fā)育,且多集中于倒轉(zhuǎn)翼(-460m)軸部附近。全井田構(gòu)造復(fù)雜程度為中等偏復(fù)雜。3水文地質(zhì)勘探問(wèn)題50年代安徽煤田地質(zhì)一隊(duì)曾在本區(qū)進(jìn)行普查找礦,1989年6月決定開(kāi)發(fā)該區(qū),當(dāng)時(shí)由于時(shí)間和資金等問(wèn)題,僅在井田的04至06線,走向長(zhǎng)1.85km的范圍內(nèi)進(jìn)行了精查勘探;水文地質(zhì)勘探工作較少,全取心孔1個(gè),專門水文孔2個(gè),取水樣3個(gè)。井田擴(kuò)大范圍內(nèi)(以下稱為西部采區(qū))的勘探工程很少,特別是06線至013線,走向長(zhǎng)4km的范圍內(nèi)僅有3個(gè)地質(zhì)鉆孔資料。(圖1)4地質(zhì)問(wèn)題及地質(zhì)解釋按照建礦和生產(chǎn)的要求,井田西部采區(qū)資源勘探急需解決的地質(zhì)問(wèn)題主要有:煤層賦存狀況;新生界空隙承壓含水層的厚度、分布狀況及其含水性;巖溶承壓含水層的分布狀況和含水性;主要地質(zhì)構(gòu)造的空間展布;煤層開(kāi)采的工程地質(zhì)條件。針對(duì)上述問(wèn)題和已有的地質(zhì)資料,我們與淮南工業(yè)學(xué)院等科研單位合作,大膽的采用新技術(shù)、新手段,因地制宜地制定出:以物探先行,物探指導(dǎo)鉆探和巷探,又利用鉆探和巷探的成果驗(yàn)證物探效果的勘探方案?？碧焦こ虒?shí)施情況如下:4.1探巷布置設(shè)計(jì)根據(jù)本區(qū)主采煤層賦存比較穩(wěn)定的特點(diǎn),采取以井下巷探為主,鉆探為輔,結(jié)合礦井開(kāi)采的需要布置探巷。選擇全區(qū)發(fā)育較穩(wěn)定的8#煤層,在礦井回風(fēng)水平做順層探巷,在采區(qū)石門的位置布置穿層探巷,在采區(qū)石門之間的順層探巷內(nèi)布置穿層鉆孔,探查其他煤層。4.2西部采區(qū)第三系地層技術(shù)的地質(zhì)特征和賦存規(guī)則工程地質(zhì)特征及區(qū)域賦存規(guī)律的探測(cè)地質(zhì)解釋井田廣泛分布新生界,總厚度84.93~188.58m。其中對(duì)煤層回采安全影響最大的第三系,厚51.9~87.87m,平均68.6m。巖性以淺灰白色鈣質(zhì)粘土為主,夾多層泥灰?guī)r,局部夾砂類透鏡體、礫巖和礫石層,其含水性分布不均勻。為保證礦井煤層安全回采,合理地提高采區(qū)的回采上限,對(duì)西部采區(qū)第三系工程地質(zhì)特征及區(qū)域賦存規(guī)律進(jìn)行探測(cè)研究。采用的技術(shù)方法如下:a.在分析、整理已有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,相對(duì)均勻地布置物探的測(cè)線、測(cè)點(diǎn)。b.采用聲納法檢測(cè)第三系厚度:用長(zhǎng)排列和共偏移距聲波反射法,以普通雷管為震源,用KDY—1礦井地震儀、GJY—1型工程檢測(cè)儀為聲波信號(hào)采集器,地表空間采樣率為2m,覆蓋次數(shù)為3次;累計(jì)在西部采區(qū)隨地聲納測(cè)線布置長(zhǎng)度不小于2000m。探測(cè)物理點(diǎn)不少于1000個(gè)。在測(cè)線上,向下探測(cè)第三系的頂?shù)捉缑?深度誤差不大于2%。c.補(bǔ)充2個(gè)全取心鉆孔,對(duì)第三系巖心進(jìn)行工程地質(zhì)性質(zhì)試驗(yàn)室測(cè)定。d.利用多元回歸分析法,依據(jù)鉆孔和聲納探測(cè)結(jié)果,繪制西部采區(qū)第三系頂、底界面等高線圖和等厚線圖;結(jié)合巖心工程的地質(zhì)成果,對(duì)西部采區(qū)的第三系工程地質(zhì)特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。4.3確定斷層位置及布置鉆孔由于對(duì)橫穿井田的F1、F2斷層控制的勘探工程很少,具體位置擺動(dòng)較大。為了少打地面鉆孔,利用斷層兩盤地層的物性差異性,先用電剖面法確定斷層的位置,再布置鉆孔進(jìn)一步驗(yàn)證。實(shí)踐證明,采用這種方法大大提高了控制構(gòu)造孔的成功率。4.4a組太原群石灰?guī)r儲(chǔ)存法和太原群巷道地質(zhì)條件分析A組煤主要為1#和3#煤層,全區(qū)可采。但在其下18m處發(fā)育有石炭系灰?guī)r,該灰?guī)r層組總厚101~127m,含灰?guī)r3組(厚43~64m),巖性為石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,含巖溶裂隙承壓水。因其分布不均給探放水鉆孔的布置造成困難。為保證該礦能安全試采A組煤,在現(xiàn)有8#、6#煤的順層巷道中,采用礦井地球物理勘探方法,超前探測(cè)A組煤的1#、3#煤層和底板灰?guī)r的賦存狀況,并對(duì)太原組灰?guī)r富水性進(jìn)行評(píng)價(jià),進(jìn)而有針對(duì)性地布置鉆孔。采用的工作方法和探測(cè)內(nèi)容如下:a.利用8#、6#煤層的運(yùn)輸大巷為測(cè)線,布置探測(cè)工程施工。在這些測(cè)線上,向前方探測(cè)A組煤及太原組灰?guī)r(3灰)的賦存規(guī)律并評(píng)價(jià)其富水性。b.聲納法檢測(cè):利用相對(duì)恒定的最佳偏移距,每2m一個(gè)測(cè)點(diǎn),以普通雷管為震源,用KDY—1礦井地震儀為聲波信號(hào)采集器,地表空間采樣率為2m,覆蓋次數(shù)為3次進(jìn)行聲波反射波法逐點(diǎn)測(cè)試A組煤與底板灰?guī)r的賦存狀況和構(gòu)造發(fā)育特征,從而判定底板灰?guī)r可能的導(dǎo)水通道和賦水空間。c.在測(cè)線上進(jìn)行電測(cè)深法探測(cè),進(jìn)一步評(píng)價(jià)底板灰?guī)r富水性。d.依據(jù)礦井地質(zhì)資料和聲納探測(cè)結(jié)果與電法勘探結(jié)果,繪制探測(cè)區(qū)水平切面圖;綜合分析A組煤及太原組灰?guī)r的賦存規(guī)律并評(píng)價(jià)其富水性。4.5巖心、導(dǎo)水裂隙帶重點(diǎn)對(duì)勘探區(qū)13#煤層覆巖變形破壞規(guī)律進(jìn)行了研究,主要作了以下工作:a.利用鉆孔巖心在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試13#煤頂板、第三系巖(土)層及第四系表土層的物理力學(xué)性質(zhì)和水理性質(zhì);b.采用分步酸解法和X射線衍射半定量評(píng)價(jià)第三系巖心的化學(xué)成分和礦物成分;c.采用地面地震探測(cè)法和視電阻率電法,探測(cè)1302工作面走向上第三系頂、底界面的埋深,其中地震法采用的是長(zhǎng)排列、共偏移法,電法采用的是電測(cè)深和二極電剖面法;d.采用孔中動(dòng)態(tài)波速檢層方法探測(cè)13#煤采空區(qū)覆巖中導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度;e.利用八里塘礦已有的勘探資料和礦井涌水量資料對(duì)第四系底部的富水性進(jìn)行分析。5地質(zhì)成果和地質(zhì)條件歷經(jīng)一年的綜合勘探工程,完成了地面鉆孔5個(gè)(工程量1200m),井下探巷2000m(現(xiàn)全部被用于礦井開(kāi)采),井下鉆孔4個(gè)(300m),物探測(cè)線6000m。查清了該區(qū)主要可采煤層的賦存狀況,儲(chǔ)量級(jí)別由D級(jí)升為A級(jí)。利用物探加少量鉆探工程及水文試驗(yàn),查清了新生界第三系的工程地質(zhì)性質(zhì)及賦水特征,為合理留設(shè)防水煤柱提供了科學(xué)依據(jù)?；玖私饬?#煤層底板灰?guī)r含水層的分布狀況和含水性,為合理布置探放水鉆孔提供了地質(zhì)資料。利用物探和鉆探工程,比較精確地控制了主要構(gòu)造的空間展布形態(tài)。利用第三系的勘探成果,輔以必要的室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn),較全面地了解了煤層開(kāi)采的工程地質(zhì)條件,為合理布置階段高度(回采工作面采高)提供了依據(jù)。這次勘探工程不僅提交了滿足礦井?dāng)U建和生產(chǎn)要求的地質(zhì)資料,而且大大縮短了勘探工期(比常規(guī)勘探方法提前了一年多),還成倍地降低了勘探成本。(僅用了鉆探方法1/10的資金)6施工方法的選擇a.根據(jù)勘探性質(zhì)、地質(zhì)條件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等綜合因素,因地制宜地,合理制定勘探方案是地質(zhì)勘探的關(guān)鍵。對(duì)急傾斜隱伏型煤田的地質(zhì)勘探,若采用鉆探的方法,鉆孔的布置密度需要很大,且容易出現(xiàn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的鉆孔;采用綜合勘探手段,物探先于鉆探,井下鉆探先于地面鉆探,物、鉆、巷探相結(jié)