彬长矿区蒋家河煤矿探采对比分析

田增辉，杨宏科，李 亮

(陕西省一八六煤田地质有限公司，陕西 西安 710065)

0 引言

蒋家河煤矿位于陕西省中西部，属华北地层区鄂尔多斯盆地南部的彬长矿区，煤矿面积22.26 km2，现为生产矿井，2016年原煤产量76万t。煤矿划分为2个采区，一采区已采5套工作面，二采区已采4套工作面，目前正在回采二采区ZF205工作面。煤矿主采煤层为4#煤层，采用综采放顶煤一次采全高法，综采回采率为78%，全部垮落法管理顶板。

经过10余年的开采，蒋家河煤矿积累了丰富的地质资料，加深了对地质条件及其变化规律的认识。为保障煤矿高效开采，经过探采对比分析，提出下一步地质工作的建议。

1 地质特征

1.1 含煤地层及煤层

含煤地层：蒋家河煤矿含煤地层为侏罗系中统延安组，根据岩性、岩相、沉积旋回及煤岩组合特征，将其划分为3段，自下而上依次为第一段、第二段、第三段，第一段含4#煤，第二段含4-2上、4-1上煤，第三段含3#煤。

可采煤层：延安组含可采煤层3层，局部可采煤层2层：4-1上、4-2上；主要可采煤层为4#煤。目前4-1上煤层和4-2上煤层未开采，见表1。

1.2 煤矿构造

煤矿内含煤地层延安组直接或间接沉积基底为三叠系胡家村组，其起伏形态与三叠系大致相当，并受三叠系基底控制。总体为一起伏较小的坳陷构造，倾角小于4°。

表1 蒋家河煤矿可采煤层特征一览表

赵坡向斜：煤矿构造位于太峪背斜以北、彬县背斜以南，地层厚度、产状、煤层厚度及其起伏受南北2个背斜的影响，总体呈走向NE的向斜，北翼倾向SE，倾角2°～6°，南翼倾向NW，倾角5°～11°。轴部位于煤矿中心部位，由2-1、3-1、4-1、4-2、4-3、3-3、2-4钻孔控制。

断层：地表、钻孔、巷探及地震勘探均未发现较大断层，二采区工作面顺槽掘进时出现过落差1～3 m的高角度正、逆断层，一般断距较小。

1.3 煤质

蒋家河煤矿各煤层同属低变质烟煤。4#煤层浮煤挥发分产率平均值为33.19%，粘结指数为0，为低硫，低磷，富油，中高挥发分，中等软化温度灰，属高热值不粘煤31号(BN31)。蒋家河煤矿主要供动力用煤。

2 煤矿开采地质情况

2.1 开采煤层厚度变化情况

由于煤矿开采时期施工了部分钻孔，导致煤层平均厚度发生了变化，各煤层厚度变化情况见表2。

表2 勘探时期与生产时期煤层平均厚度变化表

蒋家河煤矿目前开采4#煤层，井下已揭露区域分布在一采区和二采区。在井下掘进过程中，取得了部分见煤点的煤层厚度。现将勘探时期钻孔煤层厚度与附近见煤点厚度进行对比，对比结果如图1所示。从实际揭露的煤层厚度和勘探地质报告以及勘探钻孔见煤记录等对比来看，煤层厚度吻合良好。目前煤矿中部已基本开采完毕。

图1 4#煤钻孔与附近见煤点煤厚数据对比图

2.2 开采构造地质情况

通过矿山井巷开采揭露证实：在煤矿二采区仅发育落差1～3 m的小断层2条，不影响矿井生产。区内褶曲不发育，未发现岩浆岩侵入。

2.3 开采瓦斯地质情况

蒋家河煤矿于2014～2017年在井下对7处进行了瓦斯取样测试，测试数据见表3。

表3 瓦斯测试情况表

井下瓦斯测试结果表明：蒋家河煤矿煤层瓦斯含量为4.59～7.76 m3/t，属高瓦斯矿井。

2.4 开采水文地质情况

根据矿井涌水量台账统计，近5年来矿井正常涌水量为75 m3/h，最大涌水量为172 m3/h；一采区最大涌水量为122.2 m3/h，正常涌水量为65 m3/h；二采区最大涌水量为172 m3/h，正常涌水量为55 m3/h。

矿井涌水量构成：矿井涌水量主要由井筒涌水、掘进巷道涌水、回采工作面涌水、采空区涌水以及其他涌水组成(图2)。

图2 矿井涌水量构成图

根据矿井的涌水量台账数据统计，自2012年至今，矿井未发生突水事故。

目前为止，该矿最大涌水量出现在2014年7月，涌水主要来自1410工作面顶板淋水。其次是2016年6月，主要是203工作面顶板淋水，其它工作面涌水量较小，且比较稳定。

蒋家河煤矿涌水量主要来源于回采工作面顶板淋水，其次来源于采空区水和掘进巷道涌水。顶板充水含水层中直罗组和延安组含水层均富水性弱，接受侧向补给为主，补给量有限，水量以静储量为主，在回采过程中通过采动裂隙进入矿井，充水强度较弱，涌水量一般在每小时几十方左右。局部地段洛河砂岩含水层有可能与4#煤导水裂隙带贯通，地下水可能通过透水导水裂隙带进入矿坑，对矿井开采构成一定威胁。

3 地质因素探采对比

3.1 构造探采对比

经探采资料分析(图3)，已采区煤层底板等高线与勘探时期控制的底板等高线没有变化。这主要是由于勘探时期的钻孔控制网度较密(750 m×750 m)，控制程度较高的缘故，因而探采情况基本吻合。但越往外围，由于钻孔网度稀疏，导致周边构造控制不足，存在构造出现变化的可能性。由于煤层分布变化受构造形态控制，外围区域基本处于构造隆起边缘，以往钻孔控制程度低，影响开采工作面的布设，需进一步进行控制。

图3 矿井4煤层底板等高线图

3.2 煤层探采对比

已采区基本位于原勘探报告中控制精度高，且煤层厚度较大、相对稳定的区域，因而探采资料基本吻合。但越往外围，煤层厚度变化较大，而且4#煤层存在分岔现象(4-1上、4-2上)，煤层稳定性已变为较稳定煤层。由于勘查控制程度不足，对煤矿后续开采中煤层分布规律的认识造成一定影响。

矿井开拓过程中揭露4#煤层物理性质与勘探过程中4#煤层物理性质一致。具体开采过程中煤质化验指标与勘探过程中煤质指标对比(见表4)。结果显示：水分、灰分、挥发分、发热量均值与勘探时期煤质指标基本一致。

表4 4#煤层勘探阶段与开采阶段煤质分析成果对比

通过以上煤质指标对比可知，开采时期和勘探时期煤质各指标基本符合。

3.3 瓦斯探采对比

通过对各勘查时期钻孔瓦斯含量统计，4煤层瓦斯含量在0.02～3.13 mL/g之间，平均1.80 mL/g。在煤矿的实际开采中，在井下进行了瓦斯采样测试，4煤层瓦斯含量在4.59～7.76 m3/t之间，平均6.74 m3/t，其情况对比见表5。

通过对比发现，实际生产中的瓦斯含量明显高于各勘查时期的瓦斯含量。分析其原因，主要包括：取样方法差异、解吸初期温度影响、煤储层孔裂隙影响，此外蒋家河煤矿范围较大，地质勘查时期取点分散，且数量较少，难以反映整个煤矿的瓦斯含量情况。因此，在煤矿开采期间以井下实测的瓦斯含量为主要依据。

表5 各勘查时期与生产时期瓦斯含量对比表

3.4 水文地质探采对比

矿井水文地质勘探类型属以裂隙充水为主，水文地质条件简单类型，即“二类一型”。在勘探报告矿井涌水量预算中，矿井正常涌水量145.99 m3/h，最大涌水量230 m3/h。

以往的勘探地质工作认为蒋家河煤矿水文地质条件简单，矿井涌水量不大，水文地质类型是以裂隙含水层充水为主的简单型矿床，这些结论与目前矿井揭露的情况差距不大。根据目前的实际开采情况，近5年来矿井正常涌水量为75 m3/h，最大涌水量为172 m3/h。

4 结语

经勘探与开采资料综合分析，目前蒋家河煤矿已采范围占全煤矿范围的1/3多，且多位于厚～全厚煤层分布区域。面临着即将向外围开采的现实。但越往外围，煤层厚度存在急剧突变现象。由巨厚煤层变成中厚～薄煤层甚至接近最低可采边界线。煤层稳定程度为较稳定型分布区域。中厚～薄煤层分布区占未采面积的80%左右，而且变化较大。建议加快外围综合补充勘探工作，提高资源量控制程度，采用高分辨率三维地震、地质钻探及地球物理等技术方法，提高勘查精度，为矿井下一步开采提供地质依据。以往勘探在煤层较薄区域及构造起伏较大区域控制程度均较低，甚至对煤层最低可采边界线未投入工程进行合理控制，属于人为推测。地质工作应重点补做这方面工作，弥补资料的薄弱环节。