综合勘查技术在山西煤炭资源勘探中的应用

芦　笛

(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西 太原　030006)



综合勘查技术在山西煤炭资源勘探中的应用

芦笛

(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西 太原030006)

分析了山西省潞安矿区井田地质构造的特征，从钻探技术与地震勘探技术两方面，阐述了综合勘查技术在潞安矿区煤炭勘探中的应用，指出采用综合勘探技术既保证了勘探结果的准确率，又节约了勘探成本。

矿区，煤炭，钻探技术，地震勘探技术

0　引言

经历了“煤炭十年黄金期”之后，受全球经济低迷和我国环保政策实施的影响，全球煤炭消费量下降明显，供大于求矛盾尖锐，煤炭价格近乎腰斩，各大煤炭企业也进入亏损期。但是2015年我国煤炭消费量依然达到39.65亿t，占到全球总煤炭消费量的1/2左右，可见煤炭在我国一次性能源中的主体地位近期无可撼动。山西省作为我国第一产煤大省，在输出煤炭方面起着重要作用，因此加大煤炭勘查技术研究，提高准确率，成为当前降低煤炭企业支出的重要途径之一[1]。

1　山西省潞安矿区井田地质构造特征分析

山西潞安集团是省内七大煤炭集团之一，下属有五大矿区，集团煤炭总产量持续突破7 000万t。该集团在山西省内的矿区主要分布于华北地区吕梁、太行一带，由于受燕山运动及太行山背斜影响，该区域构造以断裂为主，褶皱也发育较多。其中几条主要断层及其产状特征如表1所示。

表1　潞安矿区主要断层名称及构造特征

本矿区的主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，含煤地层总厚度约为163 m，可采煤层为7-12层，其中主采3号煤，厚度4.2 m～7.3 m。

2　综合勘查技术在潞安矿区煤炭勘探中的应用

对煤炭资源勘探技术的选择需结合当地的具体地质条件，由于潞安矿区含煤地层大部分被新生界地层覆盖，主要可采煤层均未出现露头，所以采用钻探和地震勘探技术相结合是最为有效的办法之一，再辅以测井及遥感等勘探技术[2]。

2.1钻探技术在潞安矿区煤炭勘探中的应用

在2008年期间，受相关部门委托，某地质大队共调来了5台钻机对潞安矿区东南部进行了钻探勘查，共打钻孔16眼，其中最深达到680 m，最浅为320 m。下面对这次施工进行详细介绍分析。

1)钻探设备。

本次工程所应用到的钻探设备型号见表2。

表2　钻探设备详情

由于在不同的钻进阶段所使用的钻头不同，因此本工程共设计了3套钻头钻具，具体如表3所示。

2)工艺参数设计。

本工程所用的泥浆性能参数如下：pH值7～10；粘度20～25；含砂量小于4%；失水量15 mL/30 min；泥饼厚度小于0.5 mm；比重为1.0～1.1。而钻进工艺参数主要根据实际经验及现场试验得到，具体如下：

a.钻压Q在中硬地层为0.4 kN/cm2～0.5 kN/cm2；硬地层为0.6 kN/cm2～0.85 kN/cm2；

b.转数范围n=350/min～800/min；

c.泵量应不大于100 L/min。

表3　钻头钻具配置详情

3)钻进施工分析。

保证钻机平稳及钻孔垂直，在钻进中钻压、转速、泵量等参数不得同时达到极限值，根据实际施工进行调节。在钻进途中应及时测斜，保证钻孔质量。在正常钻进期间禁止无故提钻。设置合理回次提钻长度，检查钻头的磨损情况。

在煤系地层钻进时，应由技术经验丰富的工人掌握钻机，中途无特殊原因不得换人。要求打煤的第一个回次小于0.5 m，正常钻进回次进尺小于1.5 m[3]。在块煤地层可加大泵量，粉煤地层减小泵量。要特别将煤层顶底板高程记录清楚，如果在煤层中钻进时出现进尺尺寸变化较大等异常现象，需立即提钻并分析原因。在煤层取芯时应提前关水，待岩粉沉淀后再干钻10 cm之后进行提钻。本工程的钻探质量较好，钻孔合格率达到90%以上，取芯也较为完整。

2.2地震勘探技术在潞安矿区煤炭勘探中的应用

地震勘探技术具有高精度、高分辨率等突出优点，目前在石油、天然气、矿产资源等勘查工作中被广泛应用。该技术的本质原理是人工激发地震波，利用地震波在不同岩层中的弹性差异来查明地层及主要构造。本工程主要是利用地震波来进一步确定可采煤层中褶曲、断层、陷落柱等对后续采煤工作面布置影响较大的地质构造[4]。

1)地震勘探技术对褶曲的探测。

如果仅仅依靠钻探则只能推断大范围内的煤层分布情况，对中间的小型地质构造不可能查明。地震勘探技术可以清楚地得到一定范围内地层的褶曲形态(见图1)。根据地震波的传播时间，再经过时深转换就可以较为真实地反映褶曲的背斜与向斜的详细情况。在图1中可以看到，如果钻探位置没有在褶曲范围内，技术人员会推断煤层倾斜分布，直接影响了后续的采煤设计。

2)地震勘探技术对断层的探测。

遇到断层时，地震波往往呈现扭曲、错断、强相位转换等特点，通过在纵向上描绘断点的倾向、落差、倾角等信息可以准确判断断层形态(见图2)[5]。目前最先进的三维地震勘探技术可探测落差在5 m以上的断层，且准确率超过75%。但是随着精度越高其探测成本越大，因此从经济方面考虑，本项目将断层落差值设定在10 m以上。

图1　地震勘探技术　　　　　图2　地震勘探技术测得地层中褶曲的形态　　　　测得地层中断层的形态

3)地震勘探技术对采空区、陷落柱的探测。

采空区和陷落柱都对采煤安全有着重大影响，其地震波形态反应也类似，但陷落柱的范围一般较小。采空区和陷落柱与周围正常岩层的密度、统一性存在很大差距，地震波一般显现出杂乱或干脆消失等现象[6]。在本次探测中共发现8处采空区及陷落柱，经过后期详细探测后其正确率超过80%。

3　结语

煤炭资源勘查作为建井前期最重要的准备工作，其投入成本巨大，对后续建设规划也起着决定性影响。本文介绍了钻探和地震勘探技术的结合应用，有效节约了勘探工作的成本，这对当下资金紧张的煤炭企业来说是很有意义的。钻探技术可以大范围地真实反映地层发育情况，而地震勘探技术作为一种有效的补充手段在确定中小型地质构造中表现良好。

[1]刘志逊，陈河替，黄文辉.我国煤炭资源现状及勘察战略[J].煤炭技术，2015，24(10)：1-2.

[2]薄鹏毅.基于煤炭地质综合勘察技术的研究[J].能源与节能，2015(5)：21-22.

[3]曹代勇，李小明，占文锋，等.深部煤炭资源勘查模式及其构造控制[J].中国煤炭地质，2008(10)：18-21.

[4]许崇宝，王晶，曾爱平.地震勘探技术在煤炭勘查中的应用与展望[J].山东国土资源，2016，32(1)：1-8.

[5]魏迎春，曹代勇，夏水翊，等.复杂地质条件区煤炭资源勘查方法探讨[J].煤炭工程，2014，46(3)：115-117.

[6]孟庆伟，侯强，陈剑清.绳索钻探技术在新疆煤田勘查中的应用[J].西部探矿工程，2015，17(12)：197-198.

On application of integrated exploration technology in coal resource survey and exploration in Shanxi Province

Lu Di

(ShanxiCoalGeologicalProspectingInstituteofHydrology,Taiyuan030006,China)

The paper analyzes the features of the geological structures of Lu’an Mining Area of Shanxi, illustrates the application of the integrated exploration technology in coal resource survey and exploration in Lu’an Mining Area from the drilling technique and earthquake exploration, and points out the technique can ensure the accuracy of the exploration result and save the exploration cost.

mining area, coal, drilling technique, seismic prospecting technique

1009-6825(2016)21-0080-02

2016-05-16

芦笛(1984- )，男，工程师

P621

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