永定庄煤业地质类型划分研究及资源量估算_常达.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：通过划分分析永定庄煤业矿井地质构造、煤层稳定程度、水文地质、瓦斯种类及其他地质状况，其结果是瓦斯种类属于简单类别，地质构造复杂程度，煤层稳定性、水文及其他地质条件均属于中等类别。因此，综合判定永定庄煤业属于中等类型的煤矿地质类别；并进一步采用地质块段法对山4#、2#、3-5#、8#煤层共有资源量进行估算计算，结果表明探明资源量占保有资源量的4 8%，控制资源量占保有资源量的6 6%。关键词：矿井地质类型；资源量估算；探明资源量；保有资源量中图分类号：P6 2 4.7文献标识码：B文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 1 2 7-0 4Study on Geological Type Classification and Resource Estimation in Yongdingzhuang Coal Industry Co.Chang Da(Yongdingzhuang Coal Industry Co.,Jinneng Holding Group Co.,Datong,Shanxi 037001)Abstract:By classification analysis of geological structure,coal seam stability,hydro-geology,gas type and other geologicalconditions,the author concludes that Yongdingzhuang Coal Industry Co.belongs to the medium type and makes an estimatedcalculation of the total resource in No.4,No.2,No.3 to 5 and No.8 coal seam,which shows that explored resource accounts for48%of preserved resource,while explored and control resource 66%.Key words:mine geological type;resource estimation;explored resource;preserved resource永定庄煤业地质类型划分研究及资源量估算常 达（晋能控股煤业集团永定庄煤业，山西大同0 3 7 0 0 1）1永定庄煤业矿井概况永定庄煤业井田位于大同煤田北东部，矿区面积约9.0 7 79k m2；生产规模2.0 0M t/a；开采标高在+15 5 0+7 2 5m之间；开采煤层有侏罗系8#、9#、1 1#、1 2#、1 4#、1 5#煤层和石炭系山2#、山4#、3-5#、2#、8#、9#煤层。由于侏罗系各煤层已开采完毕并闭层，因此，本次仅通过研究石炭系各煤层的地质条件来对永定庄煤业矿井的地质类型进行划分分析。2永定庄煤业矿井地质综合分析2.1地质构造复杂程度分析永定庄煤业井田基本形态为走向N 1 0-5 0 E，倾向北西的单斜构造，并兼有宽缓的背向斜构造。依据之前的地质勘测和采掘揭露，井田内发育断层有8条（正、逆断层分别是6和2条），其中：山4#、煤层掘进揭露断层7条（正、逆断层分别是6和1条），落差在0.3 0 1.8 0m之间；钻孔披露逆断层1条，落差为3 0 8 0m，处于该井田东部的边沿位置，不会对井田煤层整体开采产生大的影响。有岩浆岩侵入，井田内山4#、2#、3-5#、8#煤层收岩浆侵入破坏较严重，不仅影响采区合理划分，还对煤层开采的持续性产生影响。综上所述，依据煤矿地质工作规定，由主要影响采区划分类别的岩浆岩、断层1等因素来划分分析地质构造的复杂性。最终，综合判定永定庄煤业矿井属于中等类别的地质构造类型。2.2煤层稳定程度分析煤层稳定程度是具体判定分析煤层的构造、煤质及空间赋存的可采性水平2。依据煤矿地质工作规定，煤层稳定程度判定标准是通过可采性、煤层变化情况3对其进行区别划分，应用定性、定相结合的方法。（1）定性评价依据矿产地质勘查规范煤煤层稳定程度划分为以下四种类型，具体为：稳定煤层。煤层厚度变化很小，变化规律明显，结构简单至较简单；煤类单一，煤质变化很小。较稳定煤层。煤层厚度变化不大，或虽有一定变化但规律性较明显，结构简单至复杂。不稳定煤层。即煤层厚度变化较大，无明显规律，结构复杂至极复杂。极不稳定煤层。即煤层厚度变化极大，呈透镜状、鸡窝状，煤质变化很大，且无明显规律。据此，判定永定庄煤业井田内，山西组山4#、煤层及太原组2#、3-5#、8#属于可采煤层，共赋存可采煤层4层；较稳定煤层1 2 7江西煤炭科技2023年第1期表33-5#煤层含量测定结果编号采样位置煤样质量/g解吸含量/（m3/t）残存含量/（m3/t）损失含量/（m3/t）瓦斯含量/（m3/t）13-5#煤层2 2 0 3巷9 0 0m右侧迎头3 2 6.6 00.2 11.1 90.0 71.4 823-5#煤层2 2 0 3巷9 0 0m左侧迎头2 0 7.7 10.3 81.4 70.1 72.0 2有山4#、3-5#、8#；不稳定煤层有2#。（2）定量评价定量评价指标采用以Km为主、为辅相结合4的方法，其中Km、依次是煤层可采性指数和煤厚变异系数。参考评定指标如表1所示。煤层可采性指数Km的计算如式（1）：Km=nn（1）式中：n为大于或等于可采厚度的见煤点数；n为参加煤层厚度评价的见煤点总数。煤厚变异系数5计算如式（2）、式（3）：=SM1 0 0%（2）S=ni=1(M1-M)2n-1（3）表1煤层稳定性评价指标煤层稳定煤层较稳定煤层不稳定煤层极不稳定煤层主要指标辅助指标主要指标辅助指标主要指标辅助指标主要指标辅助指标薄煤层Km0.9 52 5%0.9 5 Km0.82 5%3 5%0.8 Km0.63 5%5 5%Km0.65 5%中厚煤层2 5%Km0.9 52 5%4 0%0.9 5 Km0.84 0%6 5%0.8 Km0.6 56 5%Km0.6 5厚煤层3 0%Km0.9 53 0%5 0%0.9 5 Km0.8 55 0%7 5%0.8 5 Km0.77 5%Km0.7 0表43-5#煤层煤样组分结果煤样编号采样地点标高/m埋深/m气体成分/%瓦斯含量/（m3/t）N2CH4CO213-5#煤层2 2 0 3巷9 0 0m右侧迎头+7 9 5.3 64 4 3.1 24 5.0 02 7.5 02 6.9 91.4 823-5#煤层2 2 0 3巷9 0 0m左侧迎头+7 9 3.2 34 4 2.3 86 1.5 71 9.2 31 9.1 92.0 2式中：M1、M分别为实测每个见煤点厚度和煤矿（或分区）的煤层平均厚度，m；S为均方差值，m。经计算，该矿井极不稳定煤层有2#；不稳定煤层有山4#、8#；稳定煤层有3-5#，如表2所示。表2各煤层稳定性结果煤层编号nnKmM煤层厚度煤层稳定性山4#4 07 40.5 42.1 8中厚煤层0.4 2不稳定2#1 63 60.4 41.8 6中厚煤层1.0 7极不稳定3-5#2 36 20.3 7 2 4.9 6厚煤层0.2 9稳定8#3 25 50.5 84.6 0厚煤层0.5 1不稳定当遇到煤层稳定性与定量评定结论不一致时，通常是以定性方法为主，即井田内较稳定煤层有山4#、3-5#、8#，不稳定煤层仅是2#。最终，依据煤矿地质工作规定，判定永定庄煤业矿井煤层稳定性属于中等类别。2.3煤层瓦斯分析矿井瓦斯灾害的主要因素就是煤层瓦斯6，煤层瓦斯含量的多少是对矿井瓦斯类别属性的真实反映。所以，瓦斯类别的划分由矿井瓦斯级别和煤层瓦斯含量来确定7。经测定，永定庄煤业矿井瓦斯涌出量绝对值、相对值分别是1 2.9 6m3/m i n和2.3 8m3/t；掘进、回采工作面最大涌出量分别是1.1 8m3/m i n和4.4 5m3/m i n；二氧化碳相对、绝对涌出量分别是7.2 2m3/t和2 6.3 3m3/m i n。因此，判定永定庄煤业属于低瓦斯矿井。同时，为掌握3-5#煤层瓦斯涌出情况，应用直接法对煤层瓦斯含量进行测定，也就是煤层解吸、残存、损失瓦斯含量相加之和。在永定庄煤业矿井3-5#煤层2 2 0 3巷9 0 0m右侧迎头和左侧迎头进行测定，测定结果分别如表3、表4所示。实测结果可知，3-5#煤层中的瓦斯含量最大为2.0 2m3/t。依据煤矿地质工作规定中瓦斯类别判定，该井田内煤层瓦斯含量4m3/t，所以，判定永定庄煤业属于简单类别的瓦斯。2.4水文地质分析依据井田内受采掘损坏或含水体及含水层、1 2 8江西煤炭科技2023年第1期表6永定庄煤业煤矿地质类型综合划分分类依据条件说明井田内受采掘损坏或含水体、水层含水层性质及补给情况井田内直接、间接含水层分别是石炭系、侏罗系砂岩裂隙充水含水层，其含水层特性都是弱富水性；补给来源、补给条件均不足。单位涌水量q/（L/sm）直接含水层q=0.0 0 00 3 9-0.0 0 4L/s.m间接含水层q=0.0 0 07 8-0.0 0 22L/s.m井田及四周采空区积水情况该井田内积水有4处；四周邻近矿井积水有8处；采空积水地点、区间、积水量明了。矿井涌水量/（m3/h）正常Q1正常涌水量Q1=1 1 6.1 3 1 8 0m3/h最大Q2最大涌水量Q2=1 5 2.3 8 3 0 0m3/h突水量Q3/（m3/h）矿井之前没有发生过突水现象，突水量Q3=0 6 0m3/h开采受水害影响程度未来三年永定庄煤业开采3-5#煤层尽管受上覆各煤层的采空区积水、底板奥灰岩溶水、顶板石炭二叠系砂岩裂隙含水层和侏罗系煤系砂岩裂隙含水层、上覆煤层采空后产生的采动导水裂隙带，但不会威胁矿井安全。防治水工作难易程度对于采空积水、底板奥灰岩溶水、顶板水、地表水，编制专门探放水设计，加强底板隐伏断裂构造的探查及其导水性的研究工作，完善矿井排水系统，做好采掘规划区上方水横沟的巡视检查工作，加强雨季“三防”工作及废弃井筒的检查工作，防治水工作易于进行。类别简单中等简单简单中等中等综合类别中等表5永定庄煤业水文地质类别判定划分依据条件说明类型综合类型地质构造复杂性井田内发育断层有8条，其中山4揭露7条断层，落差在0.3 1.8m之间，钻孔揭露1条逆断层，落差在3 0 8 0m之间；有岩浆岩侵入井田山4#、2#、3-5#、8#煤层破坏较严重，不仅影响合理划分采区，还会对煤层开采的持续性产生影响。中等中等煤层稳定类别井田内共具有4层可采煤层山4#、2#、3-5#、8#；其中，山4#、3-5#、8#属于较稳定煤层，不稳定煤层仅是2#；且在全矿井资源量中，较稳定煤层占比9 6.2%，不存在不稳定煤层的现象。中等瓦斯类别瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井，且经实测，3-5#煤层瓦斯最大含量值是2.0 2m3/t，4m3/t。简单水文地质直接、间接含水层分别是石炭系、侏罗系砂岩裂隙充水含水层，其含水层特性都是弱富水性；各含水层补给来源、补给条件均不足。山4#、3-5#煤层分别存在3处和4处采空区积水，四周邻近矿区有8处积水。未来三年永定庄煤业开采3-5#煤层需要重点关注采空区积水的水害隐患，其次是底板灰岩岩溶水、顶板水、降水以及地表水作用影响。井田及四周采空区积水地点、区间、积水量明了；矿井正常、最大涌水量分别为1 1 6.1 3m3/h、1 5 2.3 8m3/h；3-5#煤层为奥灰水带压，其突水系数最大值为0.0 1 8MPa/m 0.0 6MPa/m（底板受破坏的临界突水值），因而其属于煤层相对开采安全范围。矿井之前未发生过突水现象，经济上投入一定费用，容易开展防治水处理。中等山4#属于不稳定顶板，山4#、3-5#顶底板局部有不平，剩余地段顶底板具有较好的完整性，存在不很发育的裂隙。中等井田大部分地段地层倾角2 1 0，紧挨煤层露头处的南部地层崎岖，地层倾角大于1 5。中等井田内未发现陷落柱、地热、古河床冲刷带以及天窗等其他危害地质因素；井田内山4#、2#、3-5#、8#煤层内的煤尘属于等级为二级的自燃倾向性，具有爆炸性，为自燃煤层。中等其他地质条件情况顶底板倾角其他特殊条件井田及四周采空区积水情况、矿井涌突水量、受水害作用影响以及防治水工作的难易8共六项，按照煤矿防治水细则，实行就高不就低，初步评价未来三年，永定庄煤业属于中等类别的水文地质，具体划分明细如表5所示。3地质类型划分结果通过上述对永定庄煤业地质构造、煤层、瓦斯、水文、以及其他开采地质等信息进行综合分析，最终确定永定庄煤业地质类型为中等类型，如表6所示。4资源量估算永定庄煤业矿井在井田南部及东部煤层露头附近，地层倾角可达1 5 以上。风氧化带为沿煤层露头内推2 0 0m后，对于倾角大于1 5 的煤层区间，采用地质块段法9对矿井资源量进行估算，也就是选取煤层的斜面积、真厚进行计算估算。公式（4）为各块段资源量计算式。Q=S斜M真D1 00 0 0（4）式中：S斜为块段斜面积，S斜=S水 平/c o s，m2；M真=M伪/c o s，M真、M伪分别为块段煤层真、伪厚度，1 2 9江西煤炭科技2023年第1期表7矿井资源量估算结果汇总煤层煤层类别累计查明资源数量/万t动用资源数量/万t保有资源数量/万t探明资源量保有资源数量/%探明+控制资源量保有资源数量/%控制资源量探明资源量推断资源量探明+控制资源量合计山4#1/3 JMQM12 9 1.62 3 0.02 5 1.31 5 7.36 5 3.04 0 8.610 6 1.6RN5 5 7.43 4 0.71 1 7.29 9.51 1 7.22 1 6.7小计18 4 9.05 7 0.72 5 1.32 7 4.57 5 2.55 2 5.812 7 8.32 14 12#1/3 JMQM5 9 6.31 2 2.44 7 3.91 2 2.45 9 6.3RN8 3.68 3.68 3.6小计6 7 9.91 2 2.45 5 7.51 2 2.46 7 9.91 83-5#1/3 JM31 3 5.52 5 2.75 7 5.613 3 3.59 7 3.719 0 9.128 8 2.8QM19 5 5.04 6 2.614 4 3.34 9.114 4 3.314 9 2.4RN69 2 4.93 6 7.913 4 1.128 6 4.423 5 1.542 0 5.565 5 7.0小计1 20 1 5.410 8 3.219 1 6.756 4 1.233 7 4.375 5 7.91 09 3 2.25 26 98#1/3 JMQM23 2 9.85 0 1.715 5 1.12 7 7.020 5 2.823 2 9.8RN11 6 3.96 7.64 7 8.06 1 8.35 4 5.611 6 3.9小计34 9 3.75 6 9.320 2 9.18 9 5.325 9 8.434 9 3.75 87 4全矿井合计1/3 JM31 3 5.52 5 2.75 7 5.613 3 3.59 7 3.719 0 9.128 8 2.8QM61 7 2.76 9 2.68 7 5.431 5 1.714 5 3.040 2 7.154 8 0.1RN87 2 9.87 0 8.614 0 8.734 5 9.631 5 2.948 6 8.380 2 1.2小计1 80 3 8.016 5 3.928 5 9.779 4 4.855 7 9.61 08 0 4.51 63 8 4.14 86 6（下转1 3 4页）m；D为视密度，t/m3，其中对于山4#、2#、3-5#、8#煤层，煤的视密度分别是1.4 7、1.4 4、1.4 6、1.4 7。对资源量估算截止日期到2 0 2 0年1 2月3 1日。经估算，永定庄 煤业井田内 累计查明 有1 8 0.3 8 0M t资源量，其中历年动用、保有分别为1 6.5 3 9M t、1 6 3.8 4 1M t资源量；保有资源量中控制、探明、推断资源量分别为2 8.5 9 7M t、7 9.4 4 8M t、5 5.7 9 6M t，探明资源量占保有资源量的4 8%，探明和控制资源量共占保有资源量的6 6%。永定庄煤业矿井各煤层资源量估算结果如表7所示。5结论通过对永定庄煤业矿井的地质构造、煤层稳定性、水文地质、瓦斯类型以及其他开采技术条件进行系统分析，综合划分该矿井的地质类别，并采用地质块段法对其资源量进行估算，得到如下结论：1）永定庄煤业金田矿井瓦斯属于简单类别，地质构造复杂性、煤层稳定程度、水文及其他开采技术条件均属于中等类别。因此，综合判定永定庄煤业属于中等型的煤矿地质类别。2）对山4#、2#、3-5#、8#煤层资源量进行估算，井田内累计查明有1 8 0.3 8 0M t资源量，其中历年动用、保有分别有1 6.5 3 9M t、1 6 3.8 4 1M t资源量，在保有资源量中控制、探明、推断分别有2 8.5 9 7M t、7 9.4 4 8M t、5 5.7 9 6M t；探明资源量占保有资源量以及控制资源量共占保有资源量分别为4 8%、6 6%。参考文献：1 许继影，戴洪宝.大演武矿井水文地质类型划分J.赤峰学院学报（自然科学版），2 0 1 5，3 1（2 0）：4 6-4 8.2 李吴波，吴周红，蒋玲，等.大型综采矿井水文地质类型划分探析J.山西科技，2 0 1 3，2 8（1）：3 7-4 1.1 3 0江西煤炭科技2023年第1期3 奚赵怀.南桥矿矿井水文地质条件评价探析J.石家庄：煤炭与化工，2 0 1 4，3 7（7）：5-7.4 刘太忠，李云峰，刘雷.海孜煤矿矿井水文地质类型划分J.乌鲁木齐：西部探矿工程，2 0 1 5，2 7（2）：1 5 0-1 5 2，1 5 6.5 黄美涛，白有社.黄陵一号煤矿水文地质类型分析J.乌鲁木齐：西部探矿工程，2 0 1 3，2 5（4）：1 4 6-1 4 8.6 刘晓娟，孙阳.模糊综合评判在矿井水文地质类型划分中的应用J.石家庄：煤粉灰综合利用，2 0 1 1（5）：4 1-4 4.7 马亚杰，郑翠敏，张岳，等.河北承德兴隆汪庄煤矿水文地质类型划分J.河北联合大学学报（自然科学版），2 0 1 2，3 4（1）：5 7-6 1.8 张晓叶，张永祥，任仲宇，等.不同地下水水质评价方法的比较及实例应用J.杨陵：水资源与水工程学报，2 0 1 4，2 5（2）：9 8-1 0 1.9 郭小铭.基于综合分析法的矿井水文地质类型划分J.郑州：中州煤炭，2 0 1 5（9）：1 1 1-1 1 3，1 1 6.作者简介：常 达（1 9 9 3），女，山西大同人，2 0 1 9年毕业于中国矿业大学，助理工程师，研究方向：地质储量。收稿日期：2 0 2 2-0 5-0 6编辑：郑学涛由数值模拟结果可以看出，当工作面与陷落柱距离逐渐减小，在工作面采动扰动下，陷落柱周边煤岩体破坏范围开始逐渐地增大。当工作面回采5 0m、1 0 0m时，由于此时距陷落柱较远，陷落柱周边煤岩体塑性破坏范围无明显差异；当工作面回采1 5 0m时，陷落柱在靠近工作面一侧塑性破坏范围增大约5m；工作面继续推进为2 0 0m时，陷落柱周边塑性破坏区向工作面一侧延伸约3 0m，即陷落柱在工作面一侧塑性破坏宽度相对于原始状态下增大3 5m；当工作面回采至2 3 0m时，陷落柱在工作面一侧塑性破坏宽度较原始状态增加约4 0m，工作面与陷落柱间塑性破坏区间煤柱宽度为2 0m，此时已达到一个临界状态；当工作面继续推进，将与充水陷落柱渗透区域导通，引发突水事故。理论计算与数值模拟研究结果可知，在陷落柱附近进行回采作业将引起陷落柱周边煤岩体塑性破坏，承压水将渗流至该区域，当工作面回采至2 3 0m时，陷落柱周边煤岩体内渗流区域向工作面方向延伸约4 0m；当工作面距陷落柱左侧边缘小于6 0m时，采场围岩塑性破坏区与陷落柱塑性破坏区之间煤岩体间距仅剩2 0m，两者之间的塑性破坏区相近，考虑承压水的渗透作用，表明此时为工作面与陷落柱导通的临界状态，工作面继续推进则可能导致陷落柱侧壁发生突水的可能性，同时考虑理论分析计算得到的防水煤柱宽度不应小于4 8m的结果，因此留设防水煤柱宽度确定为6 5m。4结论及建议1）通过对阳煤二矿1 5#煤层采煤工作面“上三带”发育高度理论分析计算，得到其导水裂缝带发育最大高度为7 4.8m。确定顶板涌水水源为K2、K3、K4三层灰岩岩溶裂隙含水层，结合钻孔抽水试验，预测顶板涌水量约4 0m3/h，确定顶板含水层不会威胁工作面的安全生产。2）根据有效隔水层理论分析计算，完整底板岩层条件下，1 5#煤层1 1采区局部、1 2采区南部、1 3采区可直接进行带压开采，陷落柱影响区域需留设一定的陷落柱防水煤柱。3）以1 5#煤层1 3采区3 1 3 0 1工作面为例，通过理论计算，灰岩防水煤柱宽度合理宽度为4 8m；但通过数值模拟研究表明，工作面推进2 3 0m与陷落柱间距为6 5m时，是陷落柱内承压水涌入回采工作面的临界状态。综合分析，确定陷落柱防水煤柱宽度设计为6 5m。参考文献：1 彭海巍.下山斜巷过陷落柱区支护技术应用J.太原：机械管理开发，2 0 2 2，3 7（2）：1 9 4-1 9 5.2 姚泽峰.木瓜矿1 0-1 0 3工作面陷落柱区域突水机理及危险性评价J.山东煤炭科技，2 0 2 1，3 9（1 1）：1 6 1-1 6 4.3 肖春.浅析地面瞬变电磁法对陷落柱的探测应用J.太原：能源与节能，2 0 2 1（9）：2 0 5-2 0 7.4 张昱昊.五里堠煤矿奥灰水承压开采安全技术措施应用J.乌鲁木齐：西部探矿工程，2 0 2 1，3 3（9）：1 6 0-1 6 1，1 6 5.作者简介：李 骏（1 9 9 0），男，山西盂县人，2 0 1 7年毕业于中国矿业大学矿产普查与勘探专业，硕士研究生，矿山地质与测量工程师，现从事煤矿地质防治水技术工作，研究方向：煤矿地质防治水。收稿日期：2 0 2 2-0 4-1 8编辑：郑学涛（上接1 3 0页）1 3 4