多种方法评价尤氏煤矿二1煤层稳定性

乐志军， 叶 建, 陈良立,郭 萌

(1.河南省煤田地质局四队， 河南 平顶山 467000; 2.河南省煤田地质局二队，河南 洛阳 471000)

煤层稳定性分类的确定是否合理，直接关系到地质勘查类型的确定及对煤炭资源开发利用价值的正确评估，同时还关系到矿井生产过程中工作面的布置和开采方式的选择[1-3]。因此，如何准确地确定煤层稳定性极为重要。我国现在对煤层稳定性评价方法较多，如传统经验法、变异系数法、等性块段指数法、模糊数学综合评判法等。其中，最常用的是传统经验法和变异系数法。

由于受到区域断裂构造及滑动构造的推挤和铲蚀，尤氏煤矿主采煤层二1煤层赋存状况受到一定影响，尤其是断裂带附近煤层厚度变化较大且倾角明显变陡，在矿区东西部和中南部各形成一个薄(无)煤带，根据经验难以准确确定该煤层稳定性。故本文分别变采用异系数法和等性块段指数法，确定二1煤层稳定性。

1 矿区概况

尤氏煤矿位于告成井田浅部，登封市东南部大冶镇柿杭村境内，中心西北距登封市直线距离约15 km，距洛阳市75 km；东北距省会郑州市60 km，行政隶属登封市大冶镇，地理坐标为东经：113°09′58″-113°11′04″，北纬34°25′06″-34°25′57″。二1煤层开采标高+260～+30 m，，埋藏深度为46.1～300.0 m，厚0～6.58 m，平均2.23 m，属中厚煤层。矿区面积为1.270 8 km2，矿区呈不规则多边形。

2 矿区构造特征

该矿区总体构造形态为一走向东北，倾向北西，倾角4°～15°的单斜构造。受区域构造影响，矿区发育滑动构造—芦店滑动构造(卢F1)。本区内共发育6条断层，断层走向为NE～SW，其中，正断层3条，逆断层3条。正断层为矿区东南部边界的告F19正断层和位于矿区西南部的F14、F15正断层，逆断层为告F4、告F18、告F18-1。矿区内暂时未发现岩浆岩侵入。

3 二1煤层稳定性确定

3.1 变异系数法

变异系数法是直接利用各项指标所包含的信息，通过计算得到指标的权重，是一种客观赋权的方法。此方法的基本做法：在评价指标体系中，指标取值差异越大，就是越难以实现的指标，这样的指标更能反映被评价单位的差距[4]。为了确定中煤层稳定性，常以煤厚变异系数(γ)为主，辅以可采性指数(Km)来综合评价。

代入公式：

煤厚变异系数：

根据《矿井地质规程》，煤层稳定性评价的主、辅指标见表1。

表1 评价煤层稳定性的主、辅指标表[2]

将表3中赋值代入公式计算得出：

煤层稳定性的划分标准见表4。通过计算得出二1煤层的煤层指数为2.99，将其与表4中的标准进行对比，确定该煤层为较稳定煤层。

通过上述变异系数法和等性块段指数法分析及计算，均显示该矿区二1煤层为较稳定煤层，但各计算值均为较稳定煤层划分值的下限，趋向不稳定，并且在局部地段受到滑动构造的铲蚀使得其赋存状态受到一定影响，经综合分析研究，认为本区二1煤层较稳定。经尤氏煤矿井下实际开采发现，虽然二1煤层厚度和倾角有一定变化，但总体来说二1煤层属较稳定煤层。

3.2 等性块段指数法

等性块段指数法的基本工作原理是依据煤层厚度变化趋势，以煤层厚度级别线自然圈闭划出煤层等性块段，通过定性加定量的方法来确定煤层稳定性。它对煤层影响因素考虑较全面、使用的参数较多、赋值准确，可以显示各个储量块段对今后开采安全的影响程度。

1) 等性块段指数赋值。

煤层等性块段指数用ZMp(p=1，2，……i，p为块段序号)表示，它是由煤厚指数ZMhp、结构指数ZMjp、面积指数ZMmp、形态指数ZMxp和异常指数ZMyp共同叠加而成，即：ZMp=ZMmp+ZMhp+ZMjp+ZMxp+ZMyp[5]。通过对区内钻孔见煤点及井下巷道见煤点的分析，认为本区二1煤层的形态指数、异常指数为零，因此，上述公式可简化为ZMp=ZMmp+ZMhp+ZMjp。

等性块段指数的因素分级和指数赋值标准见表2，二1煤层等性块段划分见图1。所赋值是依据各影响因素对开采的影响而定的，所赋值越大则表示影响越大，反之亦然。

2) 煤层等性块段总指数。

式中，i为二1煤层块段编号,i=1，2，3，… ,n；S为块段水平投影面积，km2。依据表2对尤氏煤矿二1煤层各等性块段进行赋值，赋值结果见表3。

图1 尤氏煤矿二1煤层等性块段划分图

表2等性块段指数法煤层指数赋值标准表[6]

块段面积/km2指数值煤层厚度分级/m指数值S>42≤S<41≤S<20.5≤S<10.2≤S<0.50.05≤S<0.20.05> S00.512345中厚煤层 1.3≤H<3.5厚煤层 H>3.5薄煤层 H<1.300.30.6指数值煤层结构分级Ⅰ单一和简单结构煤层0Ⅱ复杂结构及含厚夹含1～3层的复煤层0.5Ⅲ厚夹矸多于3层的复煤层1.0

表3 尤氏煤矿二1煤层等性块段赋值表

将表3中赋值代入公式计算得出：

煤层稳定性的划分标准见表4。通过计算得出二1煤层的煤层指数为2.99，将其与表4中的标准进行对比，确定该煤层为较稳定煤层。

表4 煤田勘查类型划分标准一览表

通过上述变异系数法和等性块段指数法分析及计算，均显示该矿区二1煤层为较稳定煤层，但各计算值均为较稳定煤层划分值的下限，趋向不稳定，并且在局部地段受到滑动构造的铲蚀使得其赋存状态受到一定影响，经综合分析研究，认为本区二1煤层较稳定。经尤氏煤矿井下实际开采发现，虽然二1煤层厚度和倾角有一定变化，但总体来说二1煤层属较稳定煤层。

4 结束语

本文分别采用了变异系数法和等性块段指数法两种方法分析尤氏煤矿二1煤层稳定性，前者在煤矿生产管理时经常使用，后者在煤田地质研究时经常使用，这两种方法各有其优越性、实用性。本次使用这两种方法的计算结果及得出的结论基本一致，均确定该煤层为较稳定煤层，两种结论得到了相互印证，划分结果也与矿井实际生产揭露该煤层赋存状况相一致，也证实了本次分析结论是正确的。

参 考 文 献

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[2]曹代勇.煤炭地质勘查与评价[M].北京：中国矿业大学出版社，2007：131-135.

[3]彭苏萍.煤矿安全高效开采地质保障技术[M].北京：中国矿业大学出版社，2007：83-86.

[4]席荣宾，黄 鹏，赖雪梅，等.组合赋权法在土地集约利用评价中的应用[J].广东土地科学，2010,9(2)：25-26.

[5]魏迎春，曹代勇，邓觉梅.煤层稳定性定量评价模型探讨[J].中国矿业，2010(9)：89-91.

[6]王新军，刘庆献，乐志军.采用等性块段指数法确定汝州煤田牛庄井田的勘查类型[J].2012(3)：69-70.