山西沁水煤田龙山井田勘探技术研究及报告

张迎春

（山西省第三地质工程勘察院，山西榆次030620）

1 绪论

1.1 勘查目的

为了促进晋城市探矿权市场的建立，保证地方所得矿产资源补偿费主要用于地质勘查，当地政府决定对阳城县龙山井田进行勘探。要求按中型矿井的开采规模勘探，详细查明区内主采煤层3号、15号煤层的厚度和煤质煤类，并确定利用方向，对井田内水文地质、工程地质、环境地质条件做出评价。为煤矿建设可行性研究和初步设计提供地质依据。

1.2 勘探任务

根据现行的DZ/T0215-2002《煤、泥炭地质勘查规范》，确定本次3号、15号、16号煤层最终勘探任务为：

（1）控制井田边界构造；详细查明先期开采地段内落差等于和大于30m的断层。

（2）控制先期开采地段等高距为10m的煤层底板等高线。

（3）详细查明可采煤层层位和厚度变化，确定其连续性，控制先期开采地段内煤层的可采范围。

（4）详细查明可采煤层的煤类、煤质特征及其先期开采地段内的变化，着重研究与煤的开采、洗选、加工、运输、销售以及环境保护等有关的煤质特征和工艺性能，并做出相应评价。

（5）详细查明井田水文地质条件，评价矿井充水因素，预算先期开采地段涌水量，预测开采过程中发生突水的可能性及地段，评述开采后水文地质、工程地质和环境地质条件的可能变化，评价矿井水的利用可能性及途径。

（6）详细研究先期开采地段可采煤层顶底板的工程地质特征、煤层瓦斯、煤的自燃趋势、煤尘爆炸危险性等开采技术条件，并做出相应评价。

（7）基本查明可采煤层微量元素的赋存情况及其他有益矿产的赋存情况。

（8）估算各可采煤层的探明的、控制的、推断的资源量。

（9）提交《山西省沁水煤田阳城县龙山井田煤炭勘探地质报告》。

1.3 位置交通

1.3.1 位置及范围

龙山井田位于阳城县北西部直距约20km处，行政区划为阳城县芹池镇的史家庄村后曹沟—寺头乡的安上村后庄一带，行政隶属阳城县芹池镇、寺头乡管辖，面积为18.24km2。

1.3.2 交通

阳翼高速公路、沁水—阳城县级公路从井田南部界外边缘经过，运输较为便利。

1.4 自然地理及经济状况

1.4.1 气象水文

本区属东亚季风区暖湿带半湿润地区，大陆性气候显著，四季分明。井田内水系均属黄河流域沁河水系。

1.4.2 地形地貌

井田位于太行山南端，地形切割强烈，沟谷发育。

2 区域地质和井田地质

2.1 井田地层

根据井田内钻孔揭露的地层，由老至新为奥陶系中统上马家沟组、峰峰组；石炭系中统本溪组，上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组。

2.2 井田构造

井田内构造较为简单，主要表现为倾向南东的单斜构造，井田西部地层倾角较缓，小于8°，东南部地层倾角为10°左右，局部13°。

3 勘探工作及其质量评述

本项目前后组织了3台钻机进行施工，施工钻孔13个，共投入资金1456.6万元，完成各项实物工作量见表1。

表1 完成主要实物工作量统计表

3.1 勘查方法及工程布置

根据区内地质特征及以往周边勘查成果，本次勘查选择在1∶10000地质填图的基础上，以钻探、物探二维地震、数字测井为主要手段，辅以各种样品的测试分析研究等一系列手段来完成各项勘查地质任务。

3.1.1 勘查类型的确定

区内主要可采煤层为3号、15号煤层，厚度稳定、结构简单，全区可采。根据构造、煤层2个主导因素，3、15号煤层的勘查类型为稳定型。

3.1.2 工程布置原则

依照《煤、泥炭地质勘查规范》，并结合井田实际情况，钻探工程间距布置如下：

探明的资源量（331）：工程间距为900～1000m；控制的资源量（332）：工程间距为1800～2000m；

推断的资源量（333）：工程间距为3600～4000m。

勘查工程布置原则：以满足《煤、泥炭地质勘查规范》对各类资源量相应密度的工程点要求，施工原则由浅入深、由稀到密进行。为保证各级资源量比例，尽可能一孔多用。经施工验证，工程布置合理，达到了预期地质目的。

3.2 勘探工程及质量评述

本次勘探共施工钻孔13个，钻探进尺11495.15m。其中ZK2和ZK4两个水文孔,计1985.88m。

钻探工程质量按国家安全生产监督管理总局颁发的《煤炭地质勘查钻孔质量标准》进行评价验收，计乙级孔11个，丙级孔2个。各项工程质量情况如下所述。

3.2.1 煤层

本区勘查过程中钻孔共见3层主要可采煤层，分别是山西组3号煤层和太原组15、16号煤层。综合采用优质合格率为100%。

各煤层长度采取率、重量采取率分别见表2，所有钻孔都进行了测井，主要可采煤层质量钻探和测井对比成果见表3。

表2 3号和15号煤层长度、重量采取率表

表3 主要可采煤层质量成果表

3.2.2 岩层

岩芯采取层段，最低采取率为ZK7孔72.89%,最高为ZK2孔82.93%,全区平均岩芯采取率为77.26%。满足设计需要。

3.2.3 终孔层位

按设计要求，共施工13个钻孔，水文孔2个（ZK2、ZK4）和ZK3全孔取芯,其余为煤系地层全取芯。其中ZK4延伸奥灰岩211.09m，ZK2延伸奥灰岩276.55m终孔,ZK3、ZK6、ZK7到本溪组终孔，其余为奥陶系峰峰组灰岩终孔。

3.2.4 孔斜

全区13个钻孔，均进行了孔斜和方位角的测量，全部钻孔均达甲级孔要求。甲级孔率达100%。其中终孔孔斜不小于5°的钻孔，对煤层、标志层、地层界线均进行了孔斜换算。符合规范要求。

3.2.5 孔深校正

所有钻孔每百米都进行了孔深校正，参加验收的各可采煤层均按规定在见煤前或后10m范围内丈量了钻具，误差值均小于1.5‰，并进行了校正。

3.2.6 简易水文观测

全区13个钻孔均进行了消耗量和简易水文观测，观测率0.18%～100%,全部达到乙级孔要求。

3.2.7 钻孔封闭

钻孔终孔后经测井和现场验收合格后，用325号以上水泥、细砂与水按1∶1∶0.7比例配制成水泥砂浆注入孔内，全部钻孔均用水泥砂浆封闭至孔口，封孔质量可靠。

3.2.8 原始资料

各种原始资料均按规定的格式内容认真填写，做到及时准确、清晰、完整，并经过自检和“三边”人员的认真核对与审查，得到了监理组和验收组的认可和好评。

4 资源/储量估算

4.1 资源/储量估算的工业指标和范围

4.1.1 估算的工业指标

根据《中国煤炭分类》（国家标准GB/T5751—2009），井田内煤类号为无烟煤。按《煤、泥炭地质勘查规范》，该井田全部为井下开采，煤层倾角3°～15°（倾角小于25°），故确定资源量估算工业指标如下：

煤层厚度不小于0.80m；

最高灰分（Ad）40%；

全硫（St，d）3%；

最低发热量（Qnet.d）22.1MJ/kg。

4.1.2 估算范围

资源量估算范围同沁水煤田阳城县龙山井田地质调查证的范围，估算煤层为全区稳定可采的3号、15号煤层及大部可采的16号煤层。

4.2 资源/储量估算方法和参数的确定

4.2.1 估算的方法及公式

井田内地层倾角一般为3°～15°。故采用水平投影地质块段法估算各类资源/储量，估算公式如下：

Q=D×H×S/10000

式中：Q——资源储量，104t；

D——采用各煤层视密度的平均值；

H——块段内各见煤工程厚度的平均值，m；

S——块段水平投影面积，m2。

4.2.2 参数的确定

（1）煤层厚度。以钻探数据为准，当钻探质量低于测井质量时，采用测井成果。煤层厚度采用见煤工程的铅垂厚度。

煤层中单层厚度小于0.05m的夹矸，可与煤分层合并计算采用厚度，但并入夹矸以后全层的灰分或发热量、硫分应符合估算指标的规定。

煤层中夹矸厚度小于煤层最低可采厚度，且煤分层厚度均等于或大于夹矸厚度时，可将上下分层厚度相加，作为采用厚度。

结构复杂煤层和无法对比的复煤层，当夹矸的总厚度不大于煤分层总厚度的1/2时，以各煤分层的总厚度作为煤层的采用厚度；当夹矸的总厚度大于煤分层总厚度的1/2时，可按以上规定处理。

（2）视密度的确定。采用各可采煤层视密度测定的平均值。3号煤层的视密度平均值为1.44t/m3，15号煤层视密度的平均值为1.48t/m3，16号煤层视密度的平均值为1.46t/m3。

（3）面积的估算。在煤层底板等高线及资源/储量估算平面图上，采用水平投影面积，用中国地大MPGIS软件，依据资源/储量类别所划分的块段读数求得。

4.3 资源/储量的分类

井田内构造属简单类（Ⅰ类），主采煤层（3号和15号煤层）为稳定型（Ⅰ型）,16号煤层为较稳定型。根据《煤、泥炭地质勘查规范》的要求，各类资源量的分类级别如下：

（1）探明的资源量。3号、15号煤层的厚度、结构已查明，煤层对比可靠，可采煤层的连续性已经确定，煤类、煤质特征及煤的工艺性能已经查明；煤层底板等高线已严密控制，落差等于和大于30m的断层已经详细查明；以不大于1000m工程间距为探明的资源量。

（2）控制的资源量。3号、15号煤层的厚度、结构已基本查明，煤层对比可靠，煤层的连续性已经基本确定，煤类、煤质特征及煤的工艺性能已经基本查明；煤层底板等高线已基本控制，落差等于和大于50m的断层已经基本查明；以不大于2000m的工程间距为控制的资源量。

16号煤层属较稳定煤层，煤层的厚度、结构已基本查明，煤层对比可靠，煤层的连续性已经基本确定，煤类、煤质特征及煤的工艺性能已经基本查明；煤层底板等高线已基本控制，落差等于和大于50m的断层已经基本查明；以不大于1000m的工程间距为控制的资源量。

（3）推断的资源量。3号、15号煤层的厚度、结构已初步查明，煤层对比基本可靠，煤类、煤质特征已经大致确定；煤层产状已初步查明，煤层底板等高线已大致控制，以不大于4000m的工程间距为推断的资源量。

16号煤层属较稳定煤层，煤层的厚度、结构已初步查明，煤层对比基本可靠，煤类、煤质特征已经大致确定；煤层产状已初步查明，煤层底板等高线已大致控制，以不大于2000m的工程间距为推断的资源量。

4.4 经济意义

经概略研究，本井田仅具有内蕴经济。

根据地质可靠程度、可行性评价和经济意义，本井田的资源/储量分类为：探明的内蕴资源量（331）、控制的内蕴经济资源量（332）和推断的内蕴经济资源量（333）。

本次报告资源量估算，3号、15号煤层探明的资源量以达到相应见煤点连线外500m划定的范围；控制的资源量以达到相应密度的见煤工程点连线外1000m划定的范围；达不到控制资源量者即为推断的资源量。

16号煤层控制的资源量以达到相应密度的见煤工程点连线外500m划定的范围；达不到控制资源量者即为推断的资源量。

对断层两侧50m所圈定的范围，单独划分为推断的内蕴经济资源量（333）。

虽然15、16号煤层的原煤全硫含量大于3%，在本报告中按高硫煤对待，但其资源量的分类采用以上原则。

5 结论

5.1 勘探成果评价

依据地质资料及所收集到的资料，经综合编录、分析研究编制了本报告，报告对井田地质、水文地质及开采技术条件等做了如下结论认识。

（1）阳城县龙山井田地质构造简单，主要可采煤层（3号、15号）全区稳定。井田勘探类型应属构造简单类即第一类，煤层稳定型即第一型。以900～1000m孔线距圈定探明的资源量（331），以1800～2000m孔线距圈定控制的资源量（332）是合理的。

（2）详细查明了井田内地层变化规律，特别是对山西组和太原组含煤地层的岩性、含煤性进行了综合分析。

（3）详细查明了可采煤层的层数、层位、厚度、结构及其可采范围。主要可采煤层层位、厚度稳定，对比可靠。

（4）详细查明了各可采煤层的煤质特征及其变化规律，确定了煤的种类。了解了煤的工艺性能，对煤的工业用途作也了合理评价。

（5）详细查明了井田的充水含水层的岩性、厚度、埋藏条件等水文地质特征。3号煤层直接充水含水层为顶板砂岩裂隙含水层。钻孔单位涌水量为0.0426L/（s·m），井田内主要构造为断层，矿区水文地质类型分为2个类型，即F1断层以北水文地质类型为简单类型，F1断层附近及其以南部分水文地质类型为复杂类型。15、16号水文地质类型为复杂类型。

（6）研究了3号和15号煤层的瓦斯含量及各可采煤层顶底板的工程地质特征。

（7）估算了井田内可采煤层的煤炭资源量，符合合同和规范要求。

（8）估算了井田内3、15、16号煤层的煤层气资源量。

（9）对区内煤炭资源进行了概略经济研究，其开发利用价值巨大。

5.2 存在的问题及下一步工作建议

5.2.1 存在的问题

（1）由于甲方未提供首采区范围，本次勘探未能计算首采区的资源量，仅根据井田地质情况，将全井田3号煤层作为第一水平，在井田西部划为高级别资源量区。

（2）本次勘探钻孔未进行封孔质量的透孔检查，希望以后开采过程中引起高度重视。

（3）水文地质调查未进行至少一个水文年，应加强这方面的工作。

（4）本井田为全部带压开采，目前水文孔仅代表了地层完整地段的水文地质情况，不能代表构造破碎地段的水文地质情况。

（5）二维地震勘探在剖面上解释的断层，尤其是次生断层，严格意义上只能是一个断点，其断点在空间上的组合关系、延伸方向，并不可能像三维地震勘探那样得到严格的控制，因此，二维地震勘探所能解决构造问题的局限性，是本次勘探所解释的断层其延伸方向不太明确，存在着多解性。

5.2.2 下部工作建议

（1）建议对首采区(先期开采地段)进行三维地震工作，以查明断裂、陷落柱发育情况，控制煤层底板等高线，为矿井设计及开采提供更详细的地质资料。

（2）可采煤层存在奥灰岩溶水带压开采，矿井生产需加强导水构造的探测，防止形成底板突水威胁。

（3）井田南部发育羊泉正断层，区内走向为N55°～66°E，倾向SE，最大断距为290m，倾角75°。区内无水文钻孔控制，其导水性质不明。建议在下一步工作中进行控制，查明断层的导水性及富水性。

（4）按照边生产边勘探的原则，加强构造与水文地质方面的研究工作，任何与奥灰水沟通的通道均能引起矿井突水。

（5）井田内15、16号煤层为高硫煤，建议加强煤质研究，采取有效的脱硫降硫措施，合理开发利用资源。