地質(zhì)測井技術(shù)劃分煤體結(jié)構(gòu)研究

■劉國平

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊甘肅平?jīng)?44000）

地質(zhì)測井技術(shù)劃分煤體結(jié)構(gòu)研究

■劉國平

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊甘肅平?jīng)?44000）

煤礦與人們的生產(chǎn)生活息息相關，然而隨著人們對資源需求量的不斷加大，礦產(chǎn)資源挖掘工作的危險系數(shù)以及困難程度不斷加大。因此，采取有效的措施合理的劃分煤體結(jié)構(gòu)，預測煤層瓦斯突出，有著極強的現(xiàn)實意義。

地質(zhì)測井技術(shù) 劃分煤體結(jié)構(gòu) 瓦斯突出

煤體結(jié)構(gòu)的破壞必然會導致瓦斯突出，嚴重的影響作業(yè)人員的生命財產(chǎn)安全。預測瓦斯突出的目標是了解煤體被破壞的程度以及瓦斯的分布規(guī)律。地質(zhì)構(gòu)造的展布與煤體結(jié)構(gòu)的破壞存在一致性，因此，可以通過預測地質(zhì)構(gòu)造預測煤體的破壞情況。但是上述預測只能作為定性估計，并不能定量的劃分采煤區(qū)的煤體結(jié)構(gòu)。本文以礦井A為研究對象，利用煤體破壞規(guī)律等步驟成功的劃分了礦井的突出危險性區(qū)域。

1 井田概述

礦井a(chǎn)隸屬煤田A，煤田A位于華北板塊南緣，是一處東西向的構(gòu)造盆地。南北兩側(cè)因?qū)_形成推復結(jié)構(gòu)，而盆底則為北西向的寬緩向斜結(jié)構(gòu)。礦井a(chǎn)的形態(tài)為單斜構(gòu)造，地層傾角在5°到10°范圍之間，地層走向為北西西-南東東，并呈現(xiàn)出“淺部陡深部緩”的趨勢。A礦東西長約9.2km，傾斜寬5.5km，總面積50，預計每年能夠出產(chǎn)煤資源300萬噸。礦井a(chǎn)主采二疊系下統(tǒng)石盒子組13-1煤層，深埋400m到900m。煤層中含有厚約1m到8m的中灰、低磷、低硫氣肥煤，平均4m，是一處比較穩(wěn)定的煤層。夾矸多為1到2層，主要分布于煤層的底部或是頂部，屬炭質(zhì)泥巖及泥巖巖性（底部為砂質(zhì)泥巖及泥巖，頂部為粉細砂巖及泥巖）?；谝陨闲畔ⅲV井a(chǎn)選用了“立井—集中運輸大巷—分采區(qū)”石門開拓方式，利用水平上、下山聯(lián)合布置，第一、二水平依次為650m和830m，東、西兩翼的采煤方法分別為長壁后退式采煤方法以及走向長壁前進式采煤方法，通風方式被確定為兩翼對角式通風。

2 構(gòu)造煤的地質(zhì)分布規(guī)律

我們將因地質(zhì)構(gòu)造應力作用破壞原生結(jié)構(gòu)的煤稱為構(gòu)造煤。為了了解礦井a(chǎn)的13-1煤層的分布規(guī)律，對正在開采的不同位置的6個工作面進行了觀測。得出如下三個特征規(guī)律：第一，葉集背斜的南翼的煤層松軟易破碎，厚度約為4.5m,傾角約為7°。整個煤層構(gòu)造呈現(xiàn)出層、團、塊狀等多種形態(tài)，原生結(jié)構(gòu)破壞嚴重，已有明顯的砂糖狀、碎裂狀、鱗片狀、土狀等構(gòu)造特征，構(gòu)造煤發(fā)育現(xiàn)象比較普遍，因此，我們可以推測該地區(qū)發(fā)生過大型的層間滑動。第二，董崗郢向斜軸部煤層厚度約3.8m，有上、下兩層構(gòu)造煤，分別呈現(xiàn)碎粒狀以及碎裂狀，煤體破碎程度以及煤體的厚度自北向南略有增加的趨勢，在與葉集背斜的南翼煤層交匯處，有明顯的扭動、彎滑現(xiàn)象，煤層出現(xiàn)帶狀破壞。第三，董崗郢向斜北翼的煤層相對而言較為穩(wěn)定，厚度約為3.6m，傾角約為10°，煤體結(jié)構(gòu)堅硬，呈塊狀姿態(tài)分布，有明顯的原生條帶結(jié)構(gòu)。構(gòu)造煤發(fā)育較少，僅出現(xiàn)在煤層下部，且面積并不是很大，因而得出該地區(qū)未遭受大的破壞，煤層采掘工作可以順利開展。

3 構(gòu)造煤的地球物理測井響應特征

煤田地質(zhì)勘探獲取構(gòu)造煤的地球物理測井響應特征的工作依賴于大量的測井工作，最常見的有六種：第一，視電阻率電位測井。這種測井辦法利用將通有一定強度電流的電極系放入井內(nèi)的辦法實施。因為電極帶有電流，在沿井身移動的過程中會出現(xiàn)電位的變化，因而記錄電位變化可以得出電阻率的變化情況。電阻率的增減與瓦斯的含量正向相關，煤層破壞程度越低，視電阻率也將越低。第二，自然電位測井。此法與視電阻率電位測井法相似，區(qū)別在于不需要向電極通電，而是選擇了兩個電極一起完成工作。將一個電極固定于地面，將另一個電極放入井下，在電極沿井身移動的過程中會出現(xiàn)電位的變化，因此可以獲知井內(nèi)產(chǎn)生的自然電場沿剖面的變化情況。第三，自然伽瑪測井。利用測量巖石中的放射性元素的含量確定煤層的構(gòu)造，構(gòu)造煤層結(jié)構(gòu)經(jīng)過了一系列的發(fā)育階段，放射性元素較少，因此在構(gòu)造煤發(fā)育較高的部位，往往會出現(xiàn)伽瑪值過低的異常情況。第四，人工伽瑪測井。此法需要在鉆孔內(nèi)放置放射源，利用測量巖石散射的射線強度預測地層結(jié)構(gòu)。構(gòu)造煤破壞程度高，媒體疏松，密度較小，吸收的射線較少，反射的射線就會比較多。第五，井徑測井。因為構(gòu)造煤層強度低，結(jié)構(gòu)松軟，井徑也相對較大。第六，聲波時差測井。此法利用聲波的傳送時間預測巖層的特征。瓦斯含量增加，聲音的傳播速度會降低，聲音“發(fā)出”到“返回”的時間就會增加。

4 地質(zhì)測井技術(shù)劃分煤體結(jié)構(gòu)

根據(jù)煤體的宏觀特征的不同，我們可以將之劃分為四種形式：原生煤、碎裂煤、碎粒煤以及糜棱煤，根據(jù)煤體的形式初步確定構(gòu)造煤的分布，再結(jié)合井下掘進巷道和回采工作面的煤壁，就可以準確劃分煤體結(jié)構(gòu)、確定煤層厚度。人們將地質(zhì)規(guī)律、測井曲線和井下觀測相結(jié)合，利用這三者對比驗證煤體結(jié)構(gòu)以及構(gòu)造煤的分布，并將之稱為地質(zhì)測井技術(shù)。

5 預測瓦斯突出

揉皺系數(shù)是用來描述煤的破壞類型，用以反映煤層總體破壞程度的一項重要的指標。揉皺系數(shù)與碎裂煤的厚度、碎粒煤和糜棱煤的厚度和、煤層總厚度相關。數(shù)值越大，說明煤層被破壞的程度越高。為研究礦井a(chǎn)的煤層破壞程度，可以將該礦的鉆孔煤體結(jié)構(gòu)進行劃分，分別計算各鉆孔煤層的揉皺系數(shù)，就可以獲知煤層的破壞程度。為了研究礦井a(chǎn)的煤層瓦斯賦存條件,可以研究煤層的頂板巖性。經(jīng)研究a礦葉集背斜南翼頂?shù)耐咚官x存條件較好，葉集背斜軸和董崗郢向斜軸之間的瓦斯賦存條件差。另外，a礦勘探線東邊瓦斯大,而探測線西邊瓦斯較小。根據(jù)以上可以獲知a礦煤層的破壞程度以及瓦斯存儲規(guī)律，也就可以對a礦的作業(yè)區(qū)進行劃分：非瓦斯突出區(qū)、瓦斯突出威脅區(qū)、瓦斯突出危險區(qū)。比較預測結(jié)果和實際情況，可知在非瓦斯突出區(qū)域未發(fā)生過瓦斯突出現(xiàn)象，而所有的瓦斯突出主要集中于瓦斯突出威險區(qū)。因此，可以得知預測結(jié)果具備準確性，繼而證明預測可行。

6 結(jié)束語

綜上所述，利用地質(zhì)測井技術(shù)劃分煤體結(jié)構(gòu)具備科學性、準確性，值得在煤體結(jié)構(gòu)劃分過程中應用、推廣。技術(shù)人員應準確的把握構(gòu)造煤的規(guī)律、特點，深入的研究各種地質(zhì)測井技術(shù)，相信對煤礦企業(yè)的發(fā)展也能夠產(chǎn)生巨大的作用。

[1]王保玉.晉城礦區(qū)煤體結(jié)構(gòu)及其對煤層氣井產(chǎn)能的影響 [D].中國礦業(yè)大學（北京），2014（10）.

[2]張許良，單菊萍，彭蘇萍.地質(zhì)測井技術(shù)劃分煤體結(jié)構(gòu)探析 [J].煤炭科學技術(shù)，2010（12）.

[3]郭濤，王運海.延川南煤層氣田2號煤層煤體結(jié)構(gòu)測井評價及控制因素 優(yōu)先出版[J].煤田地質(zhì)與勘探，2014（06）.

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-151-1

劉國平（1964～），畢業(yè)于陜西煤校地球物理勘探專業(yè)，研究方向為物探、測井。