深部构造复杂区煤炭资源勘查方法研究

汪国顺*，窦新钊



深部构造复杂区煤炭资源勘查方法研究

汪国顺*，窦新钊

（安徽省煤田地质局勘查研究院，安徽合肥，230088）

分析了张楼单集井田煤层及构造特征对勘查手段和勘查模式的影响，强调区域地质背景和勘查区内已有资料研究的重要性,强调经济快速勘查对地质开采技术条件信息的获取。对张楼单集井田的勘查方法、钻探工程勘查线距、钻探工程的布置、地质信息采集等特点进行了系统总结，提出了构造复杂性、煤层赋存规律是影响深部构造复杂区钻探工程布置的主要因素，建立了深部构造复杂区的勘查模式，即：对区域构造格局和浅部地质资料、勘查区内已有地质资料进行综合分析研究，采取先地震勘查，再钻探验证，并辅以测井检测、采样测试等方法的综合模式。

深部；煤炭资源；构造复杂区；张楼单集；勘查方法；钻孔布置

引言

淮北煤田是我国重要的能源基地之一，煤矿开采已有50多年的历史，为我国经济发展做出了重大贡献。截止到2014年，生产矿井和在建矿井60处，保有资源量1098111万t,占已探明的淮北煤田保有资源量的80.2%。已探明的煤炭资源量很大一部分在-1000m以下，随着浅部资源开采殆尽，矿井生产急需深部资源接续，因此，在深部构造复杂区的勘查是今后的重点，但其勘查难度和风险非常大。例如，淮北煤田张楼单集井田就是深部构造复杂区勘查的成功范例：井田被大型断裂构造切割成几个断块，构造复杂，煤层赋存条件变化较大，煤层埋藏深度一般在-280以深。总结张楼单集井田的勘查方法，对今后安徽省两淮煤田乃至我国东部地区深部复杂区煤炭资源勘查具有重要的指导意义。

1 区域地质特征

淮北煤田位于华北板块徐淮地块内的淮北断褶带中，东部接近郯庐断裂和双沟推覆带,南与蚌埠隆起相毗邻。除煤田的东部边缘地区外，区内构造的形成和发展主要表现为板内构造变形。而其控煤构造主要表现为断块、褶皱控煤构造和滑脱控煤构造三种形式。其主体构造线有近EW向和NEE两组（图1），地层属华北地层大区东南缘的黄淮地层区，除中奥陶世晚期至早石炭世地层缺失外，其它各时代地层发育齐全。

图1 淮北煤田地质构造纲要图图

Figure 1 Structural outline map of Huaibei Coalfield

2 井田地质特征

2.1 地层特征

区内基岩均隐伏于新生界松散层之下，经钻孔揭露，地层自下而上分别为奥陶系老虎山组，石炭系本溪组、太原组，二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组、孙家沟组。局部地段发育有古近系“红层”，“红层”厚度变化大，两极厚度0～653.00m。第四系与新近系地层厚度为172.00m～326.85m，含煤地层主要为二叠系的上、下石盒子组和山西组。含煤地层揭露最大厚度为830m，含煤26层，含煤系数为2.2%。

2.2 构造特征

张楼单集井田位于淮北煤田西部的涡阳矿区内，井田边界均为大型断裂构造，东界有黄殷断层，西界有马寨断层，北界有孟集断层和赵楼断层，南界有中心集断层（见图1）。井田构造形态主要受区域构造控制。区域性丰涡断层由北向南穿过井田并与高炉断层、单集断层和F4断层，将井田煤系地层切割成网格状断块，断块往往呈堑垒结构(图2、图3)。断块内大断层常伴生小构造，且发育次级褶曲。断层性质均为正断层，走向与区域构造相近，主要走向为近EW向和NNE、NNW向。地层走向在不同断块表现不同，主要有近SN向和EW向，地层倾角一般为10～25°，可采煤层的埋深在不同断块内变化较大，在高炉断层以北，煤层埋深标高在-900m以浅；在高炉断层与F4断层之间，煤层埋深标高在-1000m以深；F4断层以东，煤层埋深标高在-280m以深。

井田内岩浆岩较发育，岩浆常沿7、8煤层或其顶、底板软岩层侵入，对煤层结构造成严重破坏，受岩浆的影响，煤层变薄，或变质为天然焦。

图2 张楼单集井田造纲要图

Figure 2 Structural outline map of Zhanglou-Shanji Minefield

图3 张楼单集24勘查线构造剖面

图4 张楼单集S3勘查线构造剖面

3 井田勘查方法

井田煤系地层完全隐伏于新生界松散层下，地势平坦，潜水面较浅，在潜水面下3～5m，多为粘土质砂与粉砂互层，浅层地震波激发条件较好。区内煤系地层沉积较稳定，深层地震激发条件较好，有五组可连续追踪对比的反射波（组），能有效解译深部煤层形态和识别断裂构造。区内测井曲线煤岩层间特性差异明显，具有多种不同的形态和异常组合特征，利用测井曲线能可靠的划分岩（煤）层的岩性，确定岩（煤）层的厚度和深度。因此，采用地震、钻探、测井、采样测试等手段相结合，即“地震先行、钻探验证、测井检测”的综合勘查方法。其中地震主要解决构造问题，钻探、测井和采样测试相结合解决地层、煤层、煤质、水文地质和工程地质等其它问题。本次勘查是在普查基础上，将详查与勘探统筹考虑，为加快勘查进度，在总的勘查费用不变情况下，分步实施，并保留一定数量机动钻孔，以便勘查中对设计调整。

3.1 钻探工程勘查线距选择

影响钻探工程勘查线距布置的主导因素是井田内构造复杂程度和煤层的稳定性。井田构造类型总体为断块构造，断块内地层基本呈单斜，地层主要倾向NNW和NNW，倾角一般为10～20°。以断裂构造为主，落差大于等于20m断层121条，其中落差大于等于100m的断层39条，落差大于等于50m而小于100m的断层54条。仅发育小型次级褶曲，局部有岩浆岩，构造复杂程度为中等，局部偏复杂。井田内含可采煤层7层：3-1、3-2、7、8、10-1、10-2、11煤层，可采煤层平均总厚为8.23m，其中3-2、7、8、10-2煤层为较稳定煤层，平均总厚6.07m，占可采煤层总厚的 73.6％。以厚度占优势的较稳定煤层来选择基本线距。因此，确定井田基本勘查线距为500m～1000m，布置勘查线应尽可能垂直于线状构造。

3.2 钻探工程布置

钻探工程是勘查煤层和构造的最有效方法，在布置钻孔时应做到目的明确、重点突出、兼顾一般、一孔多用，以较少的钻探工程解决较多的地质问题，有针对性的布置，并尽可能布置在地震测网的交点或地震测线上。便于对钻探与地震资料综合研究，精准控制煤层分布和构造展布，以较小的工程费用最大化地获取煤层、构造、水文和煤质、瓦斯、工程地质条件等信息。为此，要尽可能收集周边矿井的煤层与构造资料，结合井田先期地震资料和浅部的钻孔资料，综合分析研究井田煤层赋存特征和构造特点，以减少勘查成本，降低勘查风险。

由于受复杂构造的影响，煤层在不同断块内埋葳深度变化较大。布置钻孔时应优先考虑煤层埋藏相对较浅、含煤面积大，资源量占优的块段作为重点区块，由浅到深，由简单到复杂，重点布置钻孔，钻孔密度受构造对煤层控制程度的影响而变化。在重点区段的深部或其它煤层埋藏较深的块段，可依据浅部或相邻块段的煤层赋存规律和构造发育特点，推断深部或相邻断块的含煤地层聚煤规律，有选择地布置钻孔。

深部勘查费用高，钻孔要尽可能多的获取地质信息。为更好完成本次勘查任务，在勘探阶段中期，由煤矿设计院提出井田初步设计方案。依据初步设计方案，设计增加了采取井底车场和大巷的岩石物理力学性质样。深部煤层瓦斯含量往往比浅部高，增加深部煤层瓦斯样采取的数量。

3.3 勘查结果

采用上述勘查方法和钻孔布置原则，井田内共施工钻孔135个，工程量109938.60m。经过本次勘探，控制了井田边界断层、详细查明先期开采地段内落差等于和大于30m的断层，详细查明了可采煤层的层位、厚度和可采范围。井田获得煤炭资储量37314万t,另获天然焦资源量3211万t，可供建设180万t/a的大型矿井。经济效益显著。

４ 结束语

（1）对于深部构造复杂区，要根据勘查区的构造特征和煤层的赋存状态，从区域构造背景入手，加强对区域构造格局和控煤构造式样的研究。对井田内已有的各类地质资料和周边矿井地质资料要进行综合分析研究，合理使用。

（2）在勘查手段选择上，采取先地震勘查后钻探验证，辅以测井、采样等其它方法。针对深部构造复杂区的煤炭资源特点，增加获取地质开采技术条件信息。

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Study on Exploartion Methods of Coal Resources in Deep Structure Complex Area

ＷANG Guoshun*, DOU Xinzhao

(Exploration and Research Institute, Anhui Bureau of Coal Geological Exploration, Anhui Hefei, 230088,China)

The influence of coal seam and structural features on exploration method and exploration model in Zhanglou-Shanjicoal mine is analyzed, the importance of studying regional geological background and existing data in exploration area is emphasized, and emphasis is given to the acquisition of technical conditions for geological mining by rapid economic exploration. This paper systematically summarizes the prospecting methods, the distance of drilling engineering survey, the arrangement of drilling engineering, and the collection of geological information, pointed out that the complexity of structure and the law of occurrence of coal deposits are the main factors that affect the layout of drilling engineering in complex structures of deep structures, and set upthe exploration model of deep structure complex area. The exploration model is based on the analysis of regional tectonic framework and shallow geological data. It is a comprehensive study of seismic prospecting, drilling and verification, along with logging, sampling and testing.

deep part; coal resource; structure complex area; Zhanglou-Shanji coal mine; exploration method; drilling arrangement

ＷANG Guoshun, DOU Xinzhao. Study on Exploartion Methods of Coal Resources in Deep Structure Complex Area[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 174-175.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.071

TD166

Ａ

1672-9129(2017)05-0174-02

2017-01-17；

2017-02-20。

汪国顺（1963-），男，安徽东至人，毕业于淮南矿业学院煤田地质勘查专业，高级工程师，现从事煤田地质勘查与研究工作。E-mail: 908150482@qq.com

汪国顺, 窦新钊. 深部构造复杂区煤炭资源勘查方法研究[J]. 数码设计, 2017, 6(5): 174-175.