综合勘探方法在煤矿中的应用

综合勘探方法在煤矿中的应用

1矿井扩大区地质勘探程度低,缺乏地质资料七里塘煤矿位于安徽省淮南市西部。这是由国投新集能源有限公司建设的第三个煤矿。该井于1996年开始生产，设计年产量为30万吨。后因生产发展的需要,矿井生产能力扩大为年产量60万t,矿井的走向长由原来1.85km扩大到8.3km,面积由原来3.7km2扩大到17.4km2。但是矿井扩大区的地质勘探程度很低,煤炭储量多为远景储量,已有的地质资料远远满足不了矿井建设及生产的需要,必需进行补充勘探工作。若按常规的做法,不仅投资大,勘探工期也长,而矿井扩建工程又急需进行,因此制订出投资少、技术可行、工期又能满足矿井建设需要的勘探方案是当务之急。2矿业集团的地质概况井田位于淮南煤田的西部,东至淮河边,隔水与淮南矿业集团的孔集煤矿相邻,西至013勘探线,南抵F2断层,北至谢桥向斜轴;东西长8.3km,南北宽2.1km,面积17.43km2。(图1)2.1含煤地层及含水层矿区内地层主要由奥陶系、石炭系、二叠系、第三系、第四系组成,除在矿区东部有零星基岩出露外,其余均被新生界覆盖。二叠系地层整合于石炭系太原组之上。含煤地层主要为二叠系,全部隐伏于新生界松散沉积层及岩层之下,据钻探揭露厚899~990m,共含煤30余层,总厚36.13m,含煤系数5%;全区可采和大部可采煤层8层,平均厚度21.06m,占所有煤层总厚度的58.29%。根据岩性和含水层的空间、水动力特征、埋藏条件等,本井田含水层主要有:新生界空隙承压含水层、砂岩裂隙含水层、岩溶承压含水层。各含水层之间为粘土层或粘土岩所间隔,无水力联系。2.2上盘和基底上盘该井田处在淮南复向斜内的谢桥向斜南翼的上方推覆体内(非原地系统),该推覆体是由阜(阳)凤(台)逆冲断层及其分支断层形成的夹块,即阜凤逆冲断层的上盘,主要为石炭系、二叠系。基底(原地系统)即阜凤逆冲断层的下盘,从上到下主要为二叠系、石炭系、奥陶系。受区域推覆体构造的影响,井田总体构造呈轴向近东西的不对称倒转褶曲形态,其两翼的地层产状变化剧烈;上部正常翼倾向北,倾角陡(60~90°),断层稀少,构造复杂程度为中等;而下部倒转翼倾向南,倾角变化大多为20~30°,少数50~70°,小断层较发育,且多集中于倒转翼(-460m)轴部附近。全井田构造复杂程度为中等偏复杂。3水文地质勘探问题50年代安徽煤田地质一队曾在本区进行普查找矿,1989年6月决定开发该区,当时由于时间和资金等问题,仅在井田的04至06线,走向长1.85km的范围内进行了精查勘探;水文地质勘探工作较少,全取心孔1个,专门水文孔2个,取水样3个。井田扩大范围内(以下称为西部采区)的勘探工程很少,特别是06线至013线,走向长4km的范围内仅有3个地质钻孔资料。(图1)4地质问题及地质解释按照建矿和生产的要求,井田西部采区资源勘探急需解决的地质问题主要有:煤层赋存状况;新生界空隙承压含水层的厚度、分布状况及其含水性;岩溶承压含水层的分布状况和含水性;主要地质构造的空间展布;煤层开采的工程地质条件。针对上述问题和已有的地质资料,我们与淮南工业学院等科研单位合作,大胆的采用新技术、新手段,因地制宜地制定出:以物探先行,物探指导钻探和巷探,又利用钻探和巷探的成果验证物探效果的勘探方案。勘探工程实施情况如下:4.1探巷布置设计根据本区主采煤层赋存比较稳定的特点,采取以井下巷探为主,钻探为辅,结合矿井开采的需要布置探巷。选择全区发育较稳定的8#煤层,在矿井回风水平做顺层探巷,在采区石门的位置布置穿层探巷,在采区石门之间的顺层探巷内布置穿层钻孔,探查其他煤层。4.2西部采区第三系地层技术的地质特征和赋存规则工程地质特征及区域赋存规律的探测地质解释井田广泛分布新生界,总厚度84.93~188.58m。其中对煤层回采安全影响最大的第三系,厚51.9~87.87m,平均68.6m。岩性以浅灰白色钙质粘土为主,夹多层泥灰岩,局部夹砂类透镜体、砾岩和砾石层,其含水性分布不均匀。为保证矿井煤层安全回采,合理地提高采区的回采上限,对西部采区第三系工程地质特征及区域赋存规律进行探测研究。采用的技术方法如下:a.在分析、整理已有地质资料的基础上,相对均匀地布置物探的测线、测点。b.采用声纳法检测第三系厚度:用长排列和共偏移距声波反射法,以普通雷管为震源,用KDY—1矿井地震仪、GJY—1型工程检测仪为声波信号采集器,地表空间采样率为2m,覆盖次数为3次;累计在西部采区随地声纳测线布置长度不小于2000m。探测物理点不少于1000个。在测线上,向下探测第三系的顶底界面,深度误差不大于2%。c.补充2个全取心钻孔,对第三系岩心进行工程地质性质试验室测定。d.利用多元回归分析法,依据钻孔和声纳探测结果,绘制西部采区第三系顶、底界面等高线图和等厚线图;结合岩心工程的地质成果,对西部采区的第三系工程地质特征进行评价。4.3确定断层位置及布置钻孔由于对横穿井田的F1、F2断层控制的勘探工程很少,具体位置摆动较大。为了少打地面钻孔,利用断层两盘地层的物性差异性,先用电剖面法确定断层的位置,再布置钻孔进一步验证。实践证明,采用这种方法大大提高了控制构造孔的成功率。4.4a组太原群石灰岩储存法和太原群巷道地质条件分析A组煤主要为1#和3#煤层,全区可采。但在其下18m处发育有石炭系灰岩,该灰岩层组总厚101~127m,含灰岩3组(厚43~64m),岩性为石灰岩、白云质灰岩,含岩溶裂隙承压水。因其分布不均给探放水钻孔的布置造成困难。为保证该矿能安全试采A组煤,在现有8#、6#煤的顺层巷道中,采用矿井地球物理勘探方法,超前探测A组煤的1#、3#煤层和底板灰岩的赋存状况,并对太原组灰岩富水性进行评价,进而有针对性地布置钻孔。采用的工作方法和探测内容如下:a.利用8#、6#煤层的运输大巷为测线,布置探测工程施工。在这些测线上,向前方探测A组煤及太原组灰岩(3灰)的赋存规律并评价其富水性。b.声纳法检测:利用相对恒定的最佳偏移距,每2m一个测点,以普通雷管为震源,用KDY—1矿井地震仪为声波信号采集器,地表空间采样率为2m,覆盖次数为3次进行声波反射波法逐点测试A组煤与底板灰岩的赋存状况和构造发育特征,从而判定底板灰岩可能的导水通道和赋水空间。c.在测线上进行电测深法探测,进一步评价底板灰岩富水性。d.依据矿井地质资料和声纳探测结果与电法勘探结果,绘制探测区水平切面图;综合分析A组煤及太原组灰岩的赋存规律并评价其富水性。4.5岩心、导水裂隙带重点对勘探区13#煤层覆岩变形破坏规律进行了研究,主要作了以下工作:a.利用钻孔岩心在实验室内测试13#煤顶板、第三系岩(土)层及第四系表土层的物理力学性质和水理性质;b.采用分步酸解法和X射线衍射半定量评价第三系岩心的化学成分和矿物成分;c.采用地面地震探测法和视电阻率电法,探测1302工作面走向上第三系顶、底界面的埋深,其中地震法采用的是长排列、共偏移法,电法采用的是电测深和二极电剖面法;d.采用孔中动态波速检层方法探测13#煤采空区覆岩中导水裂隙带发育高度;e.利用八里塘矿已有的勘探资料和矿井涌水量资料对第四系底部的富水性进行分析。5地质成果和地质条件历经一年的综合勘探工程,完成了地面钻孔5个(工程量1200m),井下探巷2000m(现全部被用于矿井开采),井下钻孔4个(300m),物探测线6000m。查清了该区主要可采煤层的赋存状况,储量级别由D级升为A级。利用物探加少量钻探工程及水文试验,查清了新生界第三系的工程地质性质及赋水特征,为合理留设防水煤柱提供了科学依据。基本了解了1#煤层底板灰岩含水层的分布状况和含水性,为合理布置探放水钻孔提供了地质资料。利用物探和钻探工程,比较精确地控制了主要构造的空间展布形态。利用第三系的勘探成果,辅以必要的室内外实验和试验,较全面地了解了煤层开采的工程地质条件,为合理布置阶段高度(回采工作面采高)提供了依据。这次勘探工程不仅提交了满足矿井扩建和生产要求的地质资料,而且大大缩短了勘探工期(比常规勘探方法提前了一年多),还成倍地降低了勘探成本。(仅用了钻探方法1/10的资金)6施工方法的选择a.根据勘探性质、地质条件、技术经济等综合因素,因地制宜地,合理制定勘探方案是地质勘探的关键。对急倾斜隐伏型煤田的地质勘探,若采用钻探的方法,钻孔的布置密度需要很大,且容易出现达不到设计要求的钻孔;采用综合勘探手段,物探先于钻探,井下钻探先于地面钻探,物、钻、巷探相结