彬長礦區(qū)蔣家河煤礦探采對比分析

田增輝，楊宏科，李 亮

(陜西省一八六煤田地質(zhì)有限公司，陜西 西安 710065)

0 引言

蔣家河煤礦位于陜西省中西部，屬華北地層區(qū)鄂爾多斯盆地南部的彬長礦區(qū)，煤礦面積22.26 km2，現(xiàn)為生產(chǎn)礦井，2016年原煤產(chǎn)量76萬t。煤礦劃分為2個采區(qū)，一采區(qū)已采5套工作面，二采區(qū)已采4套工作面，目前正在回采二采區(qū)ZF205工作面。煤礦主采煤層為4#煤層，采用綜采放頂煤一次采全高法，綜采回采率為78%，全部垮落法管理頂板。

經(jīng)過10余年的開采，蔣家河煤礦積累了豐富的地質(zhì)資料，加深了對地質(zhì)條件及其變化規(guī)律的認識。為保障煤礦高效開采，經(jīng)過探采對比分析，提出下一步地質(zhì)工作的建議。

1 地質(zhì)特征

1.1 含煤地層及煤層

含煤地層：蔣家河煤礦含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，根據(jù)巖性、巖相、沉積旋回及煤巖組合特征，將其劃分為3段，自下而上依次為第一段、第二段、第三段，第一段含4#煤，第二段含4-2上、4-1上煤，第三段含3#煤。

可采煤層：延安組含可采煤層3層，局部可采煤層2層：4-1上、4-2上；主要可采煤層為4#煤。目前4-1上煤層和4-2上煤層未開采，見表1。

1.2 煤礦構(gòu)造

煤礦內(nèi)含煤地層延安組直接或間接沉積基底為三疊系胡家村組，其起伏形態(tài)與三疊系大致相當，并受三疊系基底控制。總體為一起伏較小的坳陷構(gòu)造，傾角小于4°。

表1 蔣家河煤礦可采煤層特征一覽表

趙坡向斜：煤礦構(gòu)造位于太峪背斜以北、彬縣背斜以南，地層厚度、產(chǎn)狀、煤層厚度及其起伏受南北2個背斜的影響，總體呈走向NE的向斜，北翼傾向SE，傾角2°～6°，南翼傾向NW，傾角5°～11°。軸部位于煤礦中心部位，由2-1、3-1、4-1、4-2、4-3、3-3、2-4鉆孔控制。

斷層：地表、鉆孔、巷探及地震勘探均未發(fā)現(xiàn)較大斷層，二采區(qū)工作面順槽掘進時出現(xiàn)過落差1～3 m的高角度正、逆斷層，一般斷距較小。

1.3 煤質(zhì)

蔣家河煤礦各煤層同屬低變質(zhì)煙煤。4#煤層浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率平均值為33.19%，粘結(jié)指數(shù)為0，為低硫，低磷，富油，中高揮發(fā)分，中等軟化溫度灰，屬高熱值不粘煤31號(BN31)。蔣家河煤礦主要供動力用煤。

2 煤礦開采地質(zhì)情況

2.1 開采煤層厚度變化情況

由于煤礦開采時期施工了部分鉆孔，導致煤層平均厚度發(fā)生了變化，各煤層厚度變化情況見表2。

表2 勘探時期與生產(chǎn)時期煤層平均厚度變化表

蔣家河煤礦目前開采4#煤層，井下已揭露區(qū)域分布在一采區(qū)和二采區(qū)。在井下掘進過程中，取得了部分見煤點的煤層厚度?，F(xiàn)將勘探時期鉆孔煤層厚度與附近見煤點厚度進行對比，對比結(jié)果如圖1所示。從實際揭露的煤層厚度和勘探地質(zhì)報告以及勘探鉆孔見煤記錄等對比來看，煤層厚度吻合良好。目前煤礦中部已基本開采完畢。

圖1 4#煤鉆孔與附近見煤點煤厚數(shù)據(jù)對比圖

2.2 開采構(gòu)造地質(zhì)情況

通過礦山井巷開采揭露證實：在煤礦二采區(qū)僅發(fā)育落差1～3 m的小斷層2條，不影響礦井生產(chǎn)。區(qū)內(nèi)褶曲不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)巖漿巖侵入。

2.3 開采瓦斯地質(zhì)情況

蔣家河煤礦于2014～2017年在井下對7處進行了瓦斯取樣測試，測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 瓦斯測試情況表

井下瓦斯測試結(jié)果表明：蔣家河煤礦煤層瓦斯含量為4.59～7.76 m3/t，屬高瓦斯礦井。

2.4 開采水文地質(zhì)情況

根據(jù)礦井涌水量臺賬統(tǒng)計，近5年來礦井正常涌水量為75 m3/h，最大涌水量為172 m3/h；一采區(qū)最大涌水量為122.2 m3/h，正常涌水量為65 m3/h；二采區(qū)最大涌水量為172 m3/h，正常涌水量為55 m3/h。

礦井涌水量構(gòu)成：礦井涌水量主要由井筒涌水、掘進巷道涌水、回采工作面涌水、采空區(qū)涌水以及其他涌水組成(圖2)。

圖2 礦井涌水量構(gòu)成圖

根據(jù)礦井的涌水量臺賬數(shù)據(jù)統(tǒng)計，自2012年至今，礦井未發(fā)生突水事故。

目前為止，該礦最大涌水量出現(xiàn)在2014年7月，涌水主要來自1410工作面頂板淋水。其次是2016年6月，主要是203工作面頂板淋水，其它工作面涌水量較小，且比較穩(wěn)定。

蔣家河煤礦涌水量主要來源于回采工作面頂板淋水，其次來源于采空區(qū)水和掘進巷道涌水。頂板充水含水層中直羅組和延安組含水層均富水性弱，接受側(cè)向補給為主，補給量有限，水量以靜儲量為主，在回采過程中通過采動裂隙進入礦井，充水強度較弱，涌水量一般在每小時幾十方左右。局部地段洛河砂巖含水層有可能與4#煤導水裂隙帶貫通，地下水可能通過透水導水裂隙帶進入礦坑，對礦井開采構(gòu)成一定威脅。

3 地質(zhì)因素探采對比

3.1 構(gòu)造探采對比

經(jīng)探采資料分析(圖3)，已采區(qū)煤層底板等高線與勘探時期控制的底板等高線沒有變化。這主要是由于勘探時期的鉆孔控制網(wǎng)度較密(750 m×750 m)，控制程度較高的緣故，因而探采情況基本吻合。但越往外圍，由于鉆孔網(wǎng)度稀疏，導致周邊構(gòu)造控制不足，存在構(gòu)造出現(xiàn)變化的可能性。由于煤層分布變化受構(gòu)造形態(tài)控制，外圍區(qū)域基本處于構(gòu)造隆起邊緣，以往鉆孔控制程度低，影響開采工作面的布設，需進一步進行控制。

圖3 礦井4煤層底板等高線圖

3.2 煤層探采對比

已采區(qū)基本位于原勘探報告中控制精度高，且煤層厚度較大、相對穩(wěn)定的區(qū)域，因而探采資料基本吻合。但越往外圍，煤層厚度變化較大，而且4#煤層存在分岔現(xiàn)象(4-1上、4-2上)，煤層穩(wěn)定性已變?yōu)檩^穩(wěn)定煤層。由于勘查控制程度不足，對煤礦后續(xù)開采中煤層分布規(guī)律的認識造成一定影響。

礦井開拓過程中揭露4#煤層物理性質(zhì)與勘探過程中4#煤層物理性質(zhì)一致。具體開采過程中煤質(zhì)化驗指標與勘探過程中煤質(zhì)指標對比(見表4)。結(jié)果顯示：水分、灰分、揮發(fā)分、發(fā)熱量均值與勘探時期煤質(zhì)指標基本一致。

表4 4#煤層勘探階段與開采階段煤質(zhì)分析成果對比

通過以上煤質(zhì)指標對比可知，開采時期和勘探時期煤質(zhì)各指標基本符合。

3.3 瓦斯探采對比

通過對各勘查時期鉆孔瓦斯含量統(tǒng)計，4煤層瓦斯含量在0.02～3.13 mL/g之間，平均1.80 mL/g。在煤礦的實際開采中，在井下進行了瓦斯采樣測試，4煤層瓦斯含量在4.59～7.76 m3/t之間，平均6.74 m3/t，其情況對比見表5。

通過對比發(fā)現(xiàn)，實際生產(chǎn)中的瓦斯含量明顯高于各勘查時期的瓦斯含量。分析其原因，主要包括：取樣方法差異、解吸初期溫度影響、煤儲層孔裂隙影響，此外蔣家河煤礦范圍較大，地質(zhì)勘查時期取點分散，且數(shù)量較少，難以反映整個煤礦的瓦斯含量情況。因此，在煤礦開采期間以井下實測的瓦斯含量為主要依據(jù)。

表5 各勘查時期與生產(chǎn)時期瓦斯含量對比表

3.4 水文地質(zhì)探采對比

礦井水文地質(zhì)勘探類型屬以裂隙充水為主，水文地質(zhì)條件簡單類型，即“二類一型”。在勘探報告礦井涌水量預算中，礦井正常涌水量145.99 m3/h，最大涌水量230 m3/h。

以往的勘探地質(zhì)工作認為蔣家河煤礦水文地質(zhì)條件簡單，礦井涌水量不大，水文地質(zhì)類型是以裂隙含水層充水為主的簡單型礦床，這些結(jié)論與目前礦井揭露的情況差距不大。根據(jù)目前的實際開采情況，近5年來礦井正常涌水量為75 m3/h，最大涌水量為172 m3/h。

4 結(jié)語

經(jīng)勘探與開采資料綜合分析，目前蔣家河煤礦已采范圍占全煤礦范圍的1/3多，且多位于厚～全厚煤層分布區(qū)域。面臨著即將向外圍開采的現(xiàn)實。但越往外圍，煤層厚度存在急劇突變現(xiàn)象。由巨厚煤層變成中厚～薄煤層甚至接近最低可采邊界線。煤層穩(wěn)定程度為較穩(wěn)定型分布區(qū)域。中厚～薄煤層分布區(qū)占未采面積的80%左右，而且變化較大。建議加快外圍綜合補充勘探工作，提高資源量控制程度，采用高分辨率三維地震、地質(zhì)鉆探及地球物理等技術(shù)方法，提高勘查精度，為礦井下一步開采提供地質(zhì)依據(jù)。以往勘探在煤層較薄區(qū)域及構(gòu)造起伏較大區(qū)域控制程度均較低，甚至對煤層最低可采邊界線未投入工程進行合理控制，屬于人為推測。地質(zhì)工作應重點補做這方面工作，彌補資料的薄弱環(huán)節(jié)。