靈臺(tái)礦區(qū)邵寨井田煤炭資源開(kāi)采地質(zhì)條件分析

摘 要：開(kāi)采地質(zhì)條件是煤礦順利建設(shè)與安全生產(chǎn)的先決基礎(chǔ)。當(dāng)前隨著煤炭工業(yè)科技化程度的日益提升，對(duì)煤炭開(kāi)采所需的基礎(chǔ)條件及要求也隨之不斷提高。因此，加強(qiáng)開(kāi)采地質(zhì)條件相關(guān)方面的分析與研究可以為煤炭生產(chǎn)提供安全保障。本文通過(guò)對(duì)邵寨井田煤層厚度、頂?shù)装鍘r性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、瓦斯特征等方面分析，為后期的煤礦建設(shè)及安全生產(chǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞：邵寨井田；地質(zhì)特征；水文地質(zhì)；開(kāi)采條件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.063

0 引言

甘肅省靈臺(tái)礦區(qū)位于鄂爾多斯盆地南緣，面積877.77km2。邵寨井田位于素有渭北第二黑腰帶之稱的黃隴煤田的中深部，靈臺(tái)縣城東南，直線距離約19km，屬甘肅省靈臺(tái)縣邵寨鎮(zhèn)管轄，面積37.94km2，向東連接陜西彬長(zhǎng)礦區(qū)，向南連接永隴礦區(qū)，煤炭資源儲(chǔ)量豐富。邵寨井田內(nèi)含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，主要可采煤層為煤8。論文以邵寨井田為例，分析該井田礦井建設(shè)及煤炭開(kāi)采技術(shù)條件對(duì)于礦井工業(yè)場(chǎng)地布置、開(kāi)拓開(kāi)采方式的選取、安全設(shè)施的設(shè)置具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

邵寨井田地處隴東黃土高原南部，屬流水侵蝕黃土丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，溝谷深切，多有基巖出露，其余大面積為第四系風(fēng)成黃土覆蓋，零星出露下白堊統(tǒng)志丹群地層。據(jù)鉆探揭露資料，井田內(nèi)地層自下而上依次有：上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)群（T3yn）、下侏羅統(tǒng)富縣組（J1f）、中侏羅統(tǒng)延安組（J2y）、中侏羅統(tǒng)直羅組（J2z）和安定組（J2a）、下白堊統(tǒng)志丹群（K1）、新近系甘肅群（Ng）及第四系（Q）地層。

邵寨井田位于渭北撓褶帶構(gòu)造北緣，白堊系地層平緩，根據(jù)鉆探工程揭露，井田內(nèi)主要構(gòu)造為一軸向N25-5°E總體向南西傾覆的不對(duì)稱的背斜構(gòu)造，稱“邵寨背斜”，邵寨背斜東南翼發(fā)育有次要向斜構(gòu)造“里河向斜”。

2 主要煤層厚度特征及煤質(zhì)

2.1 主要煤層厚度特征

邵寨井田內(nèi)含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組。通過(guò)對(duì)大量鉆孔資料的分析總結(jié)，井田內(nèi)共含煤三層，根據(jù)甘肅隴東區(qū)域煤層編號(hào)，從上至下分別為：2煤、5煤及8煤。其中將主可采8煤劃分為第一段，次可采2煤和5煤劃分為第二段。煤系地層最小厚度為11.40m（705號(hào)鉆孔），最大厚度為97.11m（B001號(hào)鉆孔），平均厚度為53.09m；煤層最小總厚度0.40m（705鉆孔），最大總厚度23.67m（L4鉆孔），平均9.36m，含煤系數(shù)為17.7%。井田內(nèi)最低侵蝕基準(zhǔn)面高程為1000m，煤層最小埋深480m，最大埋深780m。井田內(nèi)含煤情況如表1所示。

2.2 煤質(zhì)特征

井田內(nèi)各煤層同屬低變質(zhì)煙煤，其物理性質(zhì)基本相似，為黑微帶褐色，瀝青光澤，斷口平整～貝殼狀，條痕棕黑色，成塊好，燃燒后微熔、微膨脹～不膨脹，焰長(zhǎng)、煙濃、有細(xì)微爆裂聲，2煤視密度為1.31～1.52t/m3，14個(gè)樣品的平均值為1.39t/m3；5煤視密度1.29～1.44 t/m3，12個(gè)樣品的平均值為1.35t/m3；8煤視密度1.24～1.46t/m3，36個(gè)樣品的平均值為1.36 t/m3。

各煤層（組）有機(jī)顯微組分含量中以惰質(zhì)組為主，其次為鏡質(zhì)組，少量殼質(zhì)組，礦物雜質(zhì)以碳酸鹽和粘土為主。鏡質(zhì)組最大反射率Rmax為0.64-0.817%，屬Ⅱ變質(zhì)階段。

3 水文地質(zhì)條件

3.1 地表水

邵寨井田內(nèi)只有一條常年性地表河流，位于南部溝谷之中，自西南向北東流淌，其隸屬于涇河支流篩河的上游，該河流據(jù)考證無(wú)具體名稱。該河流發(fā)源自井田南部的陜西永隴礦區(qū)，井田南部的泉水溪流均匯集于該河中，然后向東北流淌入陜西彬縣亭口鎮(zhèn)南1.5km處，自此匯入涇河。泉主要位于溝谷中未固結(jié)的中粗粒碎屑巖中，流量都較小。

3.2 主要含、隔水層

井田內(nèi)的含水層共分為四層，自上至下分別為：第四系松散層孔隙含水層、新近系上中新統(tǒng)甘肅群下部中粗粒碎屑巖孔隙裂隙含水層、白堊系下統(tǒng)志丹群洛河-宜君組孔隙裂隙含水層、侏羅系中統(tǒng)砂巖裂隙含水層。隔水層共分為五層，自上而下分別為：新近系中新統(tǒng)甘肅群上部粘土-砂質(zhì)粘土隔水層、白堊系下統(tǒng)志丹群環(huán)河組砂質(zhì)泥巖-粉砂巖隔水層、侏羅系中統(tǒng)泥巖隔水層、侏羅系下統(tǒng)富縣組泥巖、砂質(zhì)泥巖相對(duì)隔水層及三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)群相對(duì)隔水層。

3.3 地表水與地下水、各含水層之間的關(guān)系

井田內(nèi)基巖出露很少，且為白堊系下統(tǒng)環(huán)河組砂泥巖及粉砂巖隔水層。因而，井田內(nèi)基巖中的地下水與河谷中的潛水聯(lián)系差。第四系全新統(tǒng)沖積層孔隙含水層與下伏白堊系下統(tǒng)洛河組砂巖孔隙裂隙含水層之間夾有紅土隔水層及環(huán)河組相對(duì)隔水層，所以兩個(gè)含水層之間無(wú)任何水力聯(lián)系。白堊下統(tǒng)洛河組砂巖含水層與宜君組含水層之間相接觸，存在水力聯(lián)系。侏羅系砂巖裂隙含水層與多為泥巖，砂質(zhì)泥巖隔水層相間分布，導(dǎo)致侏羅系含水層之間相互間各，其水力聯(lián)系不密切。如前所述，侏羅系含水層與白堊系含水層水化學(xué)及特征差異明顯，就可以證明侏羅系各含水層與上覆白堊系含水層間無(wú)水力聯(lián)系。

根據(jù)礦井地質(zhì)報(bào)告，井田內(nèi)各含水層含水量小，受開(kāi)采影響的含水層主要為白堊系洛河組與直羅～延安組含水層。但結(jié)合周邊礦井建井生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，白堊系洛河組水量較大，為確保安全，在施工井筒時(shí)建議采用凍結(jié)法或者局部?jī)鼋Y(jié)法施工；對(duì)于直羅～延安組含水層，應(yīng)充分考慮煤層開(kāi)采后導(dǎo)水裂隙帶的影響，避免煤層開(kāi)采導(dǎo)通含水層造成礦井突水事故的發(fā)生。

4 工程地質(zhì)條件

本次勘探工作中，對(duì)第8、10、12勘探線和運(yùn)輸大巷附近的B603、B704鉆孔，進(jìn)行工程地質(zhì)觀測(cè)與編錄，確定不同巖組的RQD值。3條勘探線上各選3個(gè)以上鉆孔及運(yùn)輸大巷附近的鉆孔，在煤層頂板及以上30m至底板及以下20m內(nèi)系統(tǒng)分層采取巖樣，進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。

根據(jù)《煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（MT/1091--2008）中煤層頂、底板及井巷圍巖巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，采用巖石質(zhì)量指標(biāo)（M）法進(jìn)行評(píng)價(jià)，其近似公式為：

式中：M為巖體質(zhì)量指標(biāo)；Rc為巖體飽和抗壓強(qiáng)度，MPa；RQD為巖石RQD值，RQD值為鉆孔現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值，%。

依此公式計(jì)算出的各煤層頂、底板的巖石質(zhì)量指標(biāo)及巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，各煤層頂?shù)装鍘r石質(zhì)量指標(biāo)（M）絕大多數(shù)在0.13-0.56之間，巖體分類及質(zhì)量為Ⅲ，中等。圍巖巖石質(zhì)量指標(biāo)（M）在0.13-0.74之間，巖體分類及質(zhì)量為Ⅲ，中等。

礦井的工程地質(zhì)條件直接影響井下各類巷道的支護(hù)。參考臨近礦井的支護(hù)情況并結(jié)合本礦井自身情況，對(duì)于服務(wù)年限的較長(zhǎng)的巷道，建議采用直墻半圓拱斷面，錨網(wǎng)噴+錨索+U型棚聯(lián)合支護(hù)，錨索應(yīng)錨固在頂板相對(duì)巖性相對(duì)較好的砂巖層；對(duì)于服務(wù)年限較短的順槽可采用矩形斷面，錨網(wǎng)噴+鋼筋梯+錨索聯(lián)合支護(hù)。

5 瓦斯地質(zhì)條件

基于邵寨井田鉆孔煤心中采取的各煤層瓦斯樣，對(duì)其進(jìn)行瓦斯成份及含量的測(cè)定。本次勘探從鉆孔中采取了33個(gè)煤層瓦斯樣，其中在首采區(qū)選了2個(gè)鉆孔B1210、B1104采用繩索取瓦斯樣，全井田煤芯瓦斯樣煤2層19個(gè)樣，煤5層13個(gè)樣，煤8層34個(gè)樣，如表2。根據(jù)測(cè)試結(jié)果顯示，井田內(nèi)大部分區(qū)域?qū)偻咚癸L(fēng)化帶，為CO2-N2帶。

井田范圍內(nèi)各煤層均屬與致密的塊狀結(jié)構(gòu)，后期次生裂隙較為發(fā)育。在鉆遇煤層之后提鉆的約1.5小時(shí)過(guò)程中游離的瓦斯易散失。在采煤器中取的煤樣，現(xiàn)場(chǎng)解析無(wú)解吸量，所以總瓦斯含量中，缺少解析量和瓦斯損失量。鉆孔中煤樣的瓦斯含量數(shù)據(jù)要小于實(shí)際煤層的瓦斯含量。瓦斯賦存受煤層本身的變質(zhì)程度、地質(zhì)構(gòu)造、頂?shù)装鍑鷰r等影響較大。為確保礦井生產(chǎn)安全，礦井設(shè)計(jì)按照高瓦斯礦井進(jìn)行設(shè)計(jì)。

6 煤塵與地溫

6.1 煤塵

在煤炭生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生大量的煤炭細(xì)小顆粒被稱為煤塵，其危害性主要表現(xiàn)為容易引起燃燒及爆炸。影響煤塵爆炸的主要因素是煤中的揮發(fā)分，其含量越高越容易引起爆炸。測(cè)試結(jié)果顯示，井田內(nèi)各煤層的揮發(fā)分均大于30%，產(chǎn)生的煤塵是具有爆炸的可能性。在以往勘查工作中，對(duì)諸多鉆孔中的煤層取煤樣進(jìn)行了煤塵爆炸性試驗(yàn)，本次勘探對(duì)B603、B1203、B1201鉆孔中的10個(gè)煤樣進(jìn)行了煤塵爆炸性試驗(yàn)，邵寨井田各層煤均有煤塵爆炸性。

6.2 地溫

邵寨井田各勘查階段對(duì)35個(gè)鉆孔進(jìn)行了簡(jiǎn)易測(cè)溫，B001鉆孔顯示井田內(nèi)最大測(cè)量溫度值位于井深約1055米處，其溫度值為34.80℃，經(jīng)過(guò)校正該點(diǎn)溫度值實(shí)際為35.50℃，B903鉆孔顯示井田內(nèi)最小測(cè)量溫度值位于井深約791米處，其溫度值為23.10℃，經(jīng)過(guò)校正該點(diǎn)溫度值實(shí)際為23.60℃。

依據(jù)鉆孔測(cè)溫資料顯示，地層恒溫帶深度約位于25m左右，溫度約16.9℃。井田地溫梯度0.7℃～1.8℃/100m，從現(xiàn)有資料分析無(wú)地溫異常。

本井田非煤系地層平均地溫梯度大約是1.77℃/100M，煤系地層平均地溫梯度2.1℃/100M；最大地溫梯度2.80℃/百米（B001鉆孔），全區(qū)地溫梯度1.1 –2.8 ℃/100M。區(qū)域內(nèi)屬弱地溫異常熱害區(qū)，煤系地層地溫的變化主要隨煤層的埋深以平均地溫梯度增加，個(gè)別孔底溫度超過(guò)31℃，地溫梯度均低于3℃/百米。區(qū)內(nèi)地溫?zé)o突變、異常層段，屬一級(jí)高溫區(qū)。

7 結(jié)論

（1）邵寨井田主體構(gòu)造為邵寨背斜。里河向斜為井田內(nèi)主要聚煤區(qū)。邵寨背斜東南翼發(fā)育五個(gè)次級(jí)小褶皺。邵寨背斜西北翼總體為一單斜構(gòu)造，邵寨井田構(gòu)造簡(jiǎn)單，布置開(kāi)拓系統(tǒng)簡(jiǎn)單，有利于煤炭資源的開(kāi)發(fā)。

（2）對(duì)區(qū)內(nèi)的主要可采煤層進(jìn)行分析，煤層賦存較為穩(wěn)定，有利于開(kāi)采，同時(shí)結(jié)合煤層厚度分布情況，2煤、5煤適宜采用走向長(zhǎng)壁一次采全高綜合機(jī)械化開(kāi)采，全部垮落法管理頂板。8煤賦存較厚，且厚度變化較大，設(shè)計(jì)考慮主要采用綜采放頂煤采煤方法。

（3）對(duì)井田范圍內(nèi)的水文地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，因白堊系洛河組水量較大，為確保安全，在施工井筒時(shí)建議采用凍結(jié)法或者局部?jī)鼋Y(jié)法施工；對(duì)煤層開(kāi)采影響較大的侏羅系直羅～延安組含水層，應(yīng)充分考慮煤層開(kāi)采后導(dǎo)水裂隙帶的影響，避免煤層開(kāi)采導(dǎo)通含水層造成礦井突水事故的發(fā)生。

（4）井田內(nèi)絕大部分屬瓦斯風(fēng)化帶范圍，但考慮煤樣取樣解析過(guò)程中的瓦斯損失量，為確保安全生產(chǎn)，設(shè)計(jì)按照高瓦斯礦井進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（5）根據(jù)周邊礦井實(shí)際生產(chǎn)資料和本井田的詳查、勘探地質(zhì)成果，本井田煤層容易自燃、煤塵有爆炸危險(xiǎn)性，屬于地溫正常區(qū)。設(shè)計(jì)針對(duì)礦井的瓦斯、煤層自燃、煤塵爆炸等特點(diǎn)采取了相應(yīng)的措施，可以保證礦井的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝和平，彭蘇萍等.深部開(kāi)采理論基礎(chǔ)與工程實(shí)踐[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[2]甘肅省靈臺(tái)縣邵寨井田煤炭勘探報(bào)告[R].2013.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.煤泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范[S].DZ/T02105-2002.

[4]劉進(jìn)軍.影響高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的地質(zhì)因素[J].煤炭技術(shù)，2007，26（03）：

100-102.

[5]高金忠，肖福坤.深部圍巖穩(wěn)定性影響因素研究[J].煤炭技術(shù)，2010，39（03）：79-80.

[6]岳洋.煤礦區(qū)開(kāi)采地質(zhì)條件分析[J].煤炭技術(shù)，2011，30（02）：125

-126.

[7]張虎.山東韓臺(tái)煤田福興煤礦地質(zhì)特征及開(kāi)采條件分析[J].江西建材，2015（19）：227-228.

[8]張子祥.靈臺(tái)礦區(qū)安家莊井田煤炭資源開(kāi)采技術(shù)條件分析[J]. 煤炭工程，2015，47（03）：11-13.

作者簡(jiǎn)介：沈金山（1986-），男，安徽淮北人，碩士研究生，工程師，研究方向：煤礦設(shè)計(jì)。