接续采区煤层厚度变化特征及其控制因素浅析_王飞.pdf

1872023 年第 5 期王 飞等：接续采区煤层厚度变化特征及其控制因素浅析王 飞等：接续采区煤层厚度变化特征及其控制因素浅析收稿日期 2022-10-24作者简介 王飞（1988），男，陕西横山人，2013 年毕业于西安科技大学资源勘查工程专业，学士，工程师，现从事地质勘查、矿井地质等方面工作。王 飞等：接续采区煤层厚度变化特征及其控制因素浅析王 飞等：接续采区煤层厚度变化特征及其控制因素浅析接续采区煤层厚度变化特征及其控制因素浅析王 飞 杨宏科 孙 慧（陕西省一八六煤田地质有限公司，陕西 西安 710065）摘 要 崔木煤矿 23 盘区南部煤层的厚度变化直接影响着接续工作面的部署，通过三维地震、补充勘探等勘查手段并加以综合分析，研究了区内3煤层的厚度变化特征及其控制因素。研究发现：3煤层厚度变化较大，呈现形态为向斜轴部较厚，而背斜轴部较薄或缺失。该变化规律主要受古地貌（构造）控制，基底三叠系地层起伏变化所致，充分揭示了基底构造控煤的影响规律。关键词 接续采区；厚度变化；控制因素中图分类号 P618.11 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.060Analysis on the Characteristics and Control Factors of Coal Seam Thickness Variation in Continuous Mining AreasWang Fei Yang Hongke Sun Hui(Shaanxi Province 186 Coalfield Geology Co.,Ltd.,Shaanxi Xian 710065)Abstract:The thickness variation of the 23 panel coal seam in Cuimu Coal Mine directly affects the deployment of the continuous working face.Through comprehensive analysis and exploration methods such as 3D seismic and supplementary exploration,the thickness variation characteristics and control factors of the 3 coal seam in the area are studied.Research finds that the thickness of the 3 coal seam varies significantly,with the form of a thicker syncline axis and a thinner or missing anticline axis.This change law is mainly controlled by ancient landforms(structures)and the fluctuation of the Triassic strata in the basement,fully revealing the influence law of the basement structure on coal control.Key words:continuation mining area;thickness variation;control factors煤矿在生产过程中往往因为煤层受古地形影响而变薄或尖灭，导致井下巷道开拓掘进停滞的情况偶有发生，为了能够确保井下顺利开拓，加强煤矿接续采区的精细勘探显得尤为重要。勘探阶段主要地质勘查工作布置在地质条件相对简单的先期开采地段范围内，其余地段控制程度不足，资源量级别较低。随着煤矿开拓的延伸及拓展，为保障后续盘区、工作面的布设及顺利开采，需要精确查明地质条件并提高资源量级别。按照 煤矿地质工作规定中第四条要求，坚持“综合勘查、科学分析、预测预报、保障安全”的原则，对崔木煤矿 23 盘区南部进行了精细补充勘探工作，充分利用钻探、三维地震勘探及井下超前探等技术手段1-2，结合矿井开采资料，分析煤层厚度变化的机理及成因，达到了精确控制煤层最低可采边界和提高资源量控制程度的目的。1 矿井概况1.1 地质概况陕西永陇能源投资有限公司崔木煤矿位于永陇矿区东部，麟游褶带北部边缘，地层由老到新有三叠系中统铜川组（T2t）；侏罗系下统富县组（J1f）；侏罗系中统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a）；白垩系下统宜君组（K1y）、洛河组（K1l）；新生界新近系（N）及第四系（Q）。地层倾角较为平缓，一般 3 5，局部较大，但不超过 17。3 煤层为矿井主采煤层，位于延安组下含煤段，最小埋深 314.42 m，最大埋深 777.03 m，底板标高最低 626.10 m，最高 970.00 m，煤厚 3.1430.50 m，平均 19.84 m，结构较简单，以古地形控煤为主，1882023 年第 5 期为较稳定煤层。1.2 生产概况崔木煤矿生产能力 400 万 t/a，矿井采用立井单水平开拓，综采放顶煤采煤方法采煤，对煤层厚度超过 15 m 的区域采用分层放顶煤采煤方法，分为两层开采；对于整个工作面煤厚均在 15 m 以下的区域，实行放顶煤一次采全高开采。23 盘区位于矿井中部偏东，矿井目前开拓活动主要集中于23盘区，开采活动集中在 23 盘区以南的 21 和 22 盘区。2 勘探工程采煤工作面设计是否合理，不仅影响矿井产量，更关系着煤矿后续工作的布置和开拓方式。由于井下采煤工作面设计的工作量较大，且具有周期长、计算复杂等特点，为提高相关设计的准确性与科学性，实现工作面高产高效的目的，提前对接续采区进行精细勘探具有重要的现实意义。2.1 三维地震勘探本区以往勘查时期钻孔较少，对煤层及构造的精细控制缺少可靠依据，为了进一步查清崔木煤矿该区的地质构造、煤层赋存情况，为矿井的规划和开采提供准确的地质资料，2015 年2016 年陕西省煤田物探测绘有限公司在 23、24 盘区开展了三维地震勘探工作，基本控制了勘探区内主采煤层（3煤）的起伏形态以及构造发育情况，结合以往钻孔资料对 3 煤层厚度变化趋势进行了预测，控制了 3煤层的缺失边界，并绘制出等厚线平面图。下面就23 盘区地震勘探成果作一介绍。1）地质构造褶曲：23 盘区内地质构造总体上以轴部走向近EW 的 X18 向斜为主，在该向斜的两翼依次发育了13 个小型褶曲，其中 6 个向斜，7 个背斜，分布情况见图 1。表 1 勘探区主要褶曲控制情况褶曲名称延展长度/m最大幅度/m轴向两翼倾角/（）可靠程度X18 向斜4500约 25近 EW北翼：约 3 8 南翼：约 1 5可靠X12 向斜500约 25近 NS东翼：约 7 9 西翼：约 4 5可靠X13 向斜390约 20近 NS约 4 7可靠X14 向斜560约 15近 NS东翼：约 7 9 西翼：约 3 6较可靠X15 向斜486约 15近 NW东翼：约 6 9 西翼：约 2 4可靠X16 向斜590约 15近 NNE西翼：约 5 7 东翼：约 2 3可靠X17 向斜760约 50近 NNE约 7 11可靠B11 背斜770约 30近 NS约 3 7可靠B12 背斜550约 30近 NS东翼：约 8 10 西翼：约 4 6较可靠B13 背斜520约 25近 NS东翼：约 3 6 西翼：约 9 12较可靠B14 背斜440约 25近 NS约 8 11较可靠B15 背斜630约 20近 EW约 2 4可靠B16 背斜750约 90近 NS约 4 10可靠B17 背斜730约 35近 NE约 6 11可靠断层：区内共揭示断层 8 条，全为正断层。落差大于 10 m 的断层 2 条，3DF1、3DF14；落差 5 m H10 m 的断层 6 条，3DF7、3DF8、3DF9、3DF10、3DF12、3DF13。各断层分布情况见图 1。区内断层对煤层赋存影响较小，3 煤层存在的缺失区域主要分布于勘探区南北两翼的背斜轴部，如图1 所示。2）煤层厚度变化勘探结果显示，3 煤层在全区大部区域发育较稳定，受基底起伏影响，煤层厚度变化规律较为明显，总体为在向斜轴部较厚而在背斜轴部变薄或缺失（图 2）。结合以往勘探钻孔，划定了煤层厚度1892023 年第 5 期王 飞等：接续采区煤层厚度变化特征及其控制因素浅析王 飞等：接续采区煤层厚度变化特征及其控制因素浅析等值线图，最厚处位于研究区西部，最厚约 30 m，中部向东、南、北部边界煤层变薄，直至缺失，全区赋存面积约 4.2 km2。图 1 23 盘区地质构造分布及煤层底板起伏形态特征图2.2 补勘工程根据矿山采掘规划，23 盘区南部边界布置了首个接续开采工作面 23300，该工作面局部地段发生煤厚变薄以至小于最低可采厚度或缺失，会导致该地段不能进行回采而使整个23盘区布局受到影响。为了确保采掘工作顺利接续，在以往勘探工作基础上，对该接续采区 23300 工作面进行了补勘工作，施工钻孔 3 个（见图 3），用以控制该区煤层厚度及分布特征，精确指导井下生产。补勘工作通过钻孔取芯、地球物理测井及地质编录等方法相结合，得到工作区地层及煤层数据成果，成果详见表 2。图 2 23 盘区 3 煤层等厚线平面图图 3 接续采区补勘工程布置图 表 2 补勘成果数据表孔号孔深/m钻遇地层及厚度煤层厚度/mQ+NK1lK1yJ2aJ2zJ2yJ1fT2tBK4-2516.69 102.52262.98-85.6020.2017.80-27.59BK6-3560.30 135.00249.78-74.5213.5031.60-55.90未见煤BK8-4633.09217.39228.8112.7089.5020.6040.6011.2012.297.903 勘探成果综合分析利用接续采区补勘成果及以往勘探钻孔煤层相关资料，结合三维地震勘探获得的地质构造成果（表3），对研究区煤层厚度变化进行了综合分析。经分析，该区煤层厚度变化主要受古构造影响，其中褶曲影响较大，X18 向斜为区内主要控煤构造，其两翼煤层逐渐变薄甚至缺失（图 1）。南翼主要受B11、X12、B12、X13、B13 等褶曲构造影响，煤层厚度变化较大，就同一标高而言，向斜轴部沉积煤层较厚，背斜轴部煤层较薄，无煤边界（0 m 等厚线）在投影平面上表现为“波浪线”形态（图 4）。由前述可知，区内断层中落差大于 10 m 的断层为 3DF14，位于盘区东部，其余均小于 10 m，研究区断层对煤层厚度影响较小，在此不再叙述。通过地质勘探、三维地震勘探及补充勘探等一系列由浅入深、由区域到局部的勘探工作，研究区煤层厚度得到了精细控制，矿山据此及时调整采掘部署，有效提高了煤炭的开采效率和经济效益。表 3 利用成果数据一览表孔号勘查阶段位置含煤地层厚度/m煤层厚度/mK4-4勘探桐树坪14.950K4-3勘探B11 轴部47.2516.56BK4-2补勘B11 轴部17.800X5-1详查X12 轴部59.7721.33BK6-3补勘B12 轴部31.600K7-1勘探X13 轴部43.3713.10BK8-4补勘X14 轴部40.607.901902023 年第 5 期图 4 接续采区煤层等厚线图4 控煤因素分析为了全面分析接续采区煤层厚度变化的影响因素，本次同时选取研究区附近钻孔 7 个，包含详查、勘探及本次补勘钻孔，结合地震解释构造形态，分析区内煤层沉积规律及控煤因素。由表 3 可看出，钻孔煤层厚度与该孔含煤地层厚度呈正相关变化关系，即含煤地层越厚其赋存的煤层越厚。崔木煤矿含煤地层为延安组地层，该地层是在特定的古地理环境下形成。结合各勘探时期成果资料，该区三叠系顶面起伏较大，含煤地层延安组直接或间接沉积于三叠系中统铜川组之上，侏罗系中统各组起伏形态与三叠系顶面起伏具明显的继承关系。基底隆起对煤系、煤层的沉积分布及其厚度变化关系密切。在凹陷部位煤系、煤层较厚，而在古地形隆起部位煤系、煤层较薄。崔木煤矿 3 煤层沉积主要受古地貌（构造）控制，受基底起伏影响，煤层厚度变化规律较为明显，总体为：向斜轴部较厚，而在背斜轴部变薄或缺失。根据上述控煤规律，接续采区补勘钻孔 BK4-2及 BK6-3 未见煤，究其原因为该区位于桐树坪古隆起以北附近，B11 和 B12 背斜轴部，其成煤期古地形较高，加之半氧化环境，因而含煤地层较薄，仅沉积了厚度极小的碳质泥岩与紫杂色泥岩，未沉积煤层；BK8-4 位于 X14 轴部，古地形相对较低，故而沉积了较厚延安组地层及煤层。对比钻孔 K4-3 及 BK4-2，同样位于背斜 B11轴部，古地形亦较高，但钻孔 K4-3 见煤 16.56 m，而本次补勘孔未见煤。主要原因为：该背斜倾伏方向为 NW，BK4-2 位于 K4-3 南侧，古地形南高北低，根据基底控煤规律，故而未沉积煤层。综上所述，接续采区煤层的厚度变化主要受古基底构造控煤因素的影响，在凹陷部位煤系、煤层较厚，而在古地形隆起部位煤系、煤层较薄。5 结语1）通过对崔木煤矿接续回采工作面 23300 进行补充勘探发现，受古地形及沉积环境的影响，区内煤层赋存厚度变化较大。2）对控制程度不足的局部地段进行精细勘探，进一步验证了以往勘查成果的可靠程度，及时更新了相关图件，有效指导矿山接续采区（面）中长期规划设计，避免了井下开拓的盲目性，提高了经济效益。【参考文献】1 刘鹏飞，范静涛，郭晓丹.小庄井田煤层地质特征及影响因素研究J.非常规油气，2018，5（02）：31-40.2 孙庆荣.地质构造对煤层厚度的影响及复杂煤矿地质条件下的断层处理方法 J.黑龙江科学，2020，11（04）：114-115.