灵台矿区邵寨井田煤炭资源开采地质条件分析

摘 要：开采地质条件是煤矿顺利建设与安全生产的先决基础。当前随着煤炭工业科技化程度的日益提升，对煤炭开采所需的基础条件及要求也随之不断提高。因此，加强开采地质条件相关方面的分析与研究可以为煤炭生产提供安全保障。本文通过对邵寨井田煤层厚度、顶底板岩性、地质构造、水文地质、工程地质、瓦斯特征等方面分析，为后期的煤矿建设及安全生产提供参考。

关键词：邵寨井田；地质特征；水文地质；开采条件

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

0 引言

甘肃省灵台矿区位于鄂尔多斯盆地南缘，面积877.77km2。邵寨井田位于素有渭北第二黑腰带之称的黄陇煤田的中深部，灵台县城东南，直线距离约19km，属甘肃省灵台县邵寨镇管辖，面积37.94km2，向東连接陕西彬长矿区，向南连接永陇矿区，煤炭资源储量丰富。邵寨井田内含煤地层为侏罗系中统延安组，主要可采煤层为煤8。论文以邵寨井田为例，分析该井田矿井建设及煤炭开采技术条件对于矿井工业场地布置、开拓开采方式的选取、安全设施的设置具有重要意义。

1 研究区概况

邵寨井田地处陇东黄土高原南部，属流水侵蚀黄土丘陵区，区内沟壑纵横，沟谷深切，多有基岩出露，其余大面积为第四系风成黄土覆盖，零星出露下白垩统志丹群地层。据钻探揭露资料，井田内地层自下而上依次有：上三叠统延长群（T3yn）、下侏罗统富县组（J1f）、中侏罗统延安组（J2y）、中侏罗统直罗组（J2z）和安定组（J2a）、下白垩统志丹群（K1）、新近系甘肃群（Ng）及第四系（Q）地层。

邵寨井田位于渭北挠褶带构造北缘，白垩系地层平缓，根据钻探工程揭露，井田内主要构造为一轴向N25-5°E总体向南西倾覆的不对称的背斜构造，称“邵寨背斜”，邵寨背斜东南翼发育有次要向斜构造“里河向斜”。

2 主要煤层厚度特征及煤质

2.1 主要煤层厚度特征

邵寨井田内含煤地层为侏罗系中统延安组。通过对大量钻孔资料的分析总结，井田内共含煤三层，根据甘肃陇东区域煤层编号，从上至下分别为：2煤、5煤及8煤。其中将主可采8煤划分为第一段，次可采2煤和5煤划分为第二段。煤系地层最小厚度为11.40m（705号钻孔），最大厚度为97.11m（B001号钻孔），平均厚度为53.09m；煤层最小总厚度0.40m（705钻孔），最大总厚度23.67m（L4钻孔），平均9.36m，含煤系数为17.7%。井田内最低侵蚀基准面高程为1000m，煤层最小埋深480m，最大埋深780m。井田内含煤情况如表1所示。

2.2 煤质特征

井田内各煤层同属低变质烟煤，其物理性质基本相似，为黑微带褐色，沥青光泽，断口平整～贝壳状，条痕棕黑色，成块好，燃烧后微熔、微膨胀～不膨胀，焰长、烟浓、有细微爆裂声，2煤视密度为1.31～1.52t/m3，14个样品的平均值为1.39t/m3；5煤视密度1.29～1.44 t/m3，12个样品的平均值为1.35t/m3；8煤视密度1.24～1.46t/m3，36个样品的平均值为1.36 t/m3。

各煤层（组）有机显微组分含量中以惰质组为主，其次为镜质组，少量壳质组，矿物杂质以碳酸盐和粘土为主。镜质组最大反射率Rmax为0.64-0.817%，属Ⅱ变质阶段。

3 水文地质条件

3.1 地表水

邵寨井田内只有一条常年性地表河流，位于南部沟谷之中，自西南向北东流淌，其隶属于泾河支流筛河的上游，该河流据考证无具体名称。该河流发源自井田南部的陕西永陇矿区，井田南部的泉水溪流均汇集于该河中，然后向东北流淌入陕西彬县亭口镇南1.5km处，自此汇入泾河。泉主要位于沟谷中未固结的中粗粒碎屑岩中，流量都较小。

3.2 主要含、隔水层

井田内的含水层共分为四层，自上至下分别为：第四系松散层孔隙含水层、新近系上中新统甘肃群下部中粗粒碎屑岩孔隙裂隙含水层、白垩系下统志丹群洛河-宜君组孔隙裂隙含水层、侏罗系中统砂岩裂隙含水层。隔水层共分为五层，自上而下分别为：新近系中新统甘肃群上部粘土-砂质粘土隔水层、白垩系下统志丹群环河组砂质泥岩-粉砂岩隔水层、侏罗系中统泥岩隔水层、侏罗系下统富县组泥岩、砂质泥岩相对隔水层及三叠系上统延长群相对隔水层。

3.3 地表水与地下水、各含水层之间的关系

井田内基岩出露很少，且为白垩系下统环河组砂泥岩及粉砂岩隔水层。因而，井田内基岩中的地下水与河谷中的潜水联系差。第四系全新统冲积层孔隙含水层与下伏白垩系下统洛河组砂岩孔隙裂隙含水层之间夹有红土隔水层及环河组相对隔水层，所以两个含水层之间无任何水力联系。白垩下统洛河组砂岩含水层与宜君组含水层之间相接触，存在水力联系。侏罗系砂岩裂隙含水层与多为泥岩，砂质泥岩隔水层相间分布，导致侏罗系含水层之间相互间各，其水力联系不密切。如前所述，侏罗系含水层与白垩系含水层水化学及特征差异明显，就可以证明侏罗系各含水层与上覆白垩系含水层间无水力联系。

根据矿井地质报告，井田内各含水层含水量小，受开采影响的含水层主要为白垩系洛河组与直罗～延安组含水层。但结合周边矿井建井生产经验，白垩系洛河组水量较大，为确保安全，在施工井筒时建议采用冻结法或者局部冻结法施工；对于直罗～延安组含水层，应充分考虑煤层开采后导水裂隙带的影响，避免煤层开采导通含水层造成矿井突水事故的发生。

4 工程地质条件

本次勘探工作中，对第8、10、12勘探线和运输大巷附近的B603、B704钻孔，进行工程地质观测与编录，确定不同岩组的RQD值。3条勘探线上各选3个以上钻孔及运输大巷附近的钻孔，在煤层顶板及以上30m至底板及以下20m内系统分层采取岩样，进行力学性质试验。

根据《煤矿床水文地质、工程地质、环境地质评价标准》（MT/1091--2008）中煤层顶、底板及井巷围岩岩体质量评价方法，采用岩石质量指标（M）法进行评价，其近似公式为：

式中：M为岩体质量指标；Rc为岩体饱和抗压强度，MPa；RQD为岩石RQD值，RQD值为钻孔现场实测值，%。

依此公式计算出的各煤层顶、底板的岩石质量指标及岩体质量评价指标，各煤层顶底板岩石质量指标（M）绝大多数在0.13-0.56之间，岩体分类及质量为Ⅲ，中等。围岩岩石质量指标（M）在0.13-0.74之间，岩体分类及质量为Ⅲ，中等。

矿井的工程地质条件直接影响井下各类巷道的支护。参考临近矿井的支护情况并结合本矿井自身情况，对于服务年限的较长的巷道，建议采用直墙半圆拱断面，锚网喷+锚索+U型棚联合支护，锚索应锚固在顶板相对岩性相对较好的砂岩层；对于服务年限较短的顺槽可采用矩形断面，锚网喷+钢筋梯+锚索联合支护。

5 瓦斯地质条件

基于邵寨井田钻孔煤心中采取的各煤层瓦斯样，对其进行瓦斯成份及含量的测定。本次勘探从钻孔中采取了33个煤层瓦斯样，其中在首采区选了2个钻孔B1210、B1104采用绳索取瓦斯样，全井田煤芯瓦斯样煤2层19个样，煤5层13个样，煤8层34个样，如表2。根据测试结果显示，井田内大部分区域属瓦斯风化带，为CO2-N2带。

井田范围内各煤层均属与致密的块状结构，后期次生裂隙较为发育。在钻遇煤层之后提钻的约1.5小时过程中游离的瓦斯易散失。在采煤器中取的煤样，现场解析无解吸量，所以总瓦斯含量中，缺少解析量和瓦斯损失量。钻孔中煤样的瓦斯含量数据要小于实际煤层的瓦斯含量。瓦斯赋存受煤层本身的变质程度、地质构造、顶底板围岩等影响较大。为确保矿井生产安全，矿井设计按照高瓦斯矿井进行设计。

6 煤尘与地温

6.1 煤尘

在煤炭生产过程中，不可避免的会产生大量的煤炭细小颗粒被称为煤尘，其危害性主要表现为容易引起燃烧及爆炸。影响煤尘爆炸的主要因素是煤中的挥发分，其含量越高越容易引起爆炸。测试结果显示，井田内各煤层的挥发分均大于30%，产生的煤尘是具有爆炸的可能性。在以往勘查工作中，对诸多钻孔中的煤层取煤样进行了煤尘爆炸性试验，本次勘探对B603、B1203、B1201钻孔中的10个煤样进行了煤尘爆炸性试验，邵寨井田各层煤均有煤尘爆炸性。

6.2 地温

邵寨井田各勘查阶段对35个钻孔进行了简易测温，B001钻孔显示井田内最大测量温度值位于井深约1055米处，其温度值为34.80℃，经过校正该点温度值实际为35.50℃，B903钻孔显示井田内最小测量温度值位于井深约791米处，其温度值为23.10℃，经过校正该点温度值实际为23.60℃。

依据钻孔测温资料显示，地层恒温带深度约位于25m左右，温度约16.9℃。井田地温梯度0.7℃～1.8℃/100m，从现有资料分析无地温异常。

本井田非煤系地层平均地温梯度大约是1.77℃/100M，煤系地层平均地温梯度2.1℃/100M；最大地温梯度2.80℃/百米（B001钻孔），全区地温梯度1.1 –2.8 ℃/100M。区域内属弱地温异常热害区，煤系地层地温的变化主要随煤层的埋深以平均地温梯度增加，个别孔底温度超过31℃，地温梯度均低于3℃/百米。区内地温无突变、异常层段，属一级高温区。

7 结论

（1）邵寨井田主体构造为邵寨背斜。里河向斜为井田内主要聚煤区。邵寨背斜东南翼发育五个次级小褶皱。邵寨背斜西北翼总体为一单斜构造，邵寨井田构造简单，布置开拓系统简单，有利于煤炭资源的开发。

（2）对区内的主要可采煤层进行分析，煤层赋存较为稳定，有利于开采，同时结合煤层厚度分布情况，2煤、5煤适宜采用走向长壁一次采全高综合机械化开采，全部垮落法管理顶板。8煤赋存较厚，且厚度变化较大，设计考虑主要采用综采放顶煤采煤方法。

（3）对井田范围内的水文地质条件进行评价，因白垩系洛河组水量较大，为确保安全，在施工井筒时建议采用冻结法或者局部冻结法施工；对煤层开采影响较大的侏罗系直罗～延安组含水层，应充分考虑煤层开采后导水裂隙带的影响，避免煤层开采导通含水层造成矿井突水事故的发生。

（4）井田内绝大部分属瓦斯风化带范围，但考虑煤样取样解析过程中的瓦斯损失量，为确保安全生产，设计按照高瓦斯矿井进行设计。

（5）根据周边矿井实际生产资料和本井田的详查、勘探地质成果，本井田煤层容易自燃、煤尘有爆炸危险性，属于地温正常区。设计针对矿井的瓦斯、煤层自燃、煤尘爆炸等特点采取了相应的措施，可以保证矿井的安全生产。

参考文献：

[1]谢和平，彭苏萍等.深部开采理论基础与工程实践[M].北京：科学出版社，2006.

[2]甘肃省灵台县邵寨井田煤炭勘探报告[R].2013.

[3]中华人民共和国国土资源部.煤泥炭地质勘查规范[S].DZ/T02105-2002.

[4]刘进军.影响高产高效矿井建设的地質因素[J].煤炭技术，2007，26（03）：

100-102.

[5]高金忠，肖福坤.深部围岩稳定性影响因素研究[J].煤炭技术，2010，39（03）：79-80.

[6]岳洋.煤矿区开采地质条件分析[J].煤炭技术，2011，30（02）：125

-126.

[7]张虎.山东韩台煤田福兴煤矿地质特征及开采条件分析[J].江西建材，2015（19）：227-228.

[8]张子祥.灵台矿区安家庄井田煤炭资源开采技术条件分析[J]. 煤炭工程，2015，47（03）：11-13.

作者简介：沈金山（1986-），男，安徽淮北人，硕士研究生，工程师，研究方向：煤矿设计。