面向智能化开采的矿井煤岩层综合对比技术

王海军，刘善德，马 良，朱玉英，舒建生，王相业

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

煤岩层对比工作贯穿整个煤田地质勘查与矿井生产阶段的全过程，经过多年的发展在地质勘查阶段已经形成了较成熟的煤岩层对比理论和方法，基本可以满足矿井设计及其勘探报告的需求，但是在进入矿井生产阶段现有的煤岩层对比技术却无法满足矿井生产的需求，无法实现快速、有效的为巷道、工作面的设计、开采决策服务，尤其是在煤层间距近、煤层结构复杂、煤层分叉合并频繁且地质构造复杂的煤田，其中以我国西南地区的盘县煤田为典型代表。

目前，煤岩层对比技术主要有标志层法[1-3]、古生法[4-5]、沉积旋回法[6-7]、底板高程法[8]、煤层间距法[9]、地质勘探层追踪法[10]、地球物理测井曲线[11-12]、地震勘探波阻抗反演[10-13]、煤岩煤质法[14-15]、地球化学法[16]、其他方法等各种技术手段[17-18]。在煤炭地质勘查过程中往往是多种方法相互补充、综合进行对比划分的；对于沉积环境及其相变较稳定的煤田而言，标志层及其沉积旋回法的对比可以快速、有效的实现对煤层的对比；在构造简单煤矿区，通过煤层底板高程、煤层间距法等即可实现煤层的准确划分与对比；而对于沉积相变频繁、构造复杂、煤层间距近且煤层数多的煤层群组发育的矿区，以及煤层稳定性差、分叉合并频繁的煤田而言煤层底板高程、煤层间距、地震勘探等方法均已经失效；尤其是在矿井进入生产阶段后，地质勘查阶段建立的标志层、古生物等对比标准赋存的层位位于煤层顶板高位而无法在矿井中开采或钻探揭露而导致对比方法失效，同时，不利因素的叠加如多煤层的下行开采顶板垮落和断裂构造的发育导致煤层顶底板位置失真或“三软”煤层的发育导致无法获取煤层厚度等；但是，有利的因素是矿井生产阶段煤层及其顶板大面积揭露获取了大量的地质资料、瓦斯参数测试、顶板维护和煤岩煤质以及矿井开采支护等资料信息。如何将地质勘查阶段与矿井生产阶段相结合，充分利用和挖掘矿井生产阶段的信息，使其更好地服务矿井生产；同时将煤在矿井生产中积累的煤岩对比的经验方法转化为科学的技术理论，指导煤矿高效掘进、安全生产，进而为煤矿自动化、智能化、无人化的开采提供精细的煤岩层对比技术支持。

为了解决上述问题，以贵州盘县煤田火烧铺井田为例，结合补充勘查工程，采用多种技术手段系统地将地质勘查与矿井生产的煤岩层对比技术相融合，优化煤岩层对比方法，重新构建矿井生产阶段精细化、综合化的煤岩层对比方法体系，探索将生产地质资料、开采技术条件等一切可以利用的标志性煤岩特征应用于矿井生产阶段的煤岩层对比之中。

1 地质概况

火烧铺煤矿属于盘县煤田盘江矿区，含煤岩系为二叠系龙潭组，含编号煤层30 层，其中可采煤层14 层、可采编号煤层7 层，煤层以中厚煤层为主，煤层结构简单[19-21]，矿井地质条件中等–复杂，构造地质条件复杂，发育断层、滑脱构造、褶皱等地质构造[22-25]；煤层以较稳定–稳定煤层为主，煤层对比主要通过地层古生物、岩性等标志层进行对比[26-27](图1)，矿井属于典型的构造复杂且近距离煤层群组发育煤田。

图1 火烧铺煤矿含煤岩系综合柱状图[25]Fig.1 Comprehensive column of coal-bearing series in the study area[25]

煤矿地质勘查阶段划分的煤层稳定性及其煤层赋存范围基本可靠，随着矿井生产揭露煤层内的低幅度小型断层的发育导致邻近可采煤层、局部可采煤层，如1、3、5 煤层由于断层作用导致1、3 两层煤层直接接触，同时发现在14 采区内10、12 煤层在该区内分叉合并，表现为10 煤层与12 煤层在该区域内合并，而在21 采区内12 煤层中部夹矸增厚导致该煤层在该区域内出现分叉，分叉为12上、12下两个分层，而在2 个采区接触区域同时存在煤层10、12 煤层的分叉和12 煤层的合并区域，曾因煤层对比认识不清，12 煤层工作面部署不当导致多条巷道或工作面废弃等。此外，随着盘江矿区内构造复杂煤矿智能开采工作面技术的发展，煤矿急需可靠的煤岩层对比方法和技术为煤矿井下巷道掘进、综采工作面以及未来智能开采工作面煤岩对比以及智能开采工作面采煤机器截割曲线规划提供支持。

2 综合对比技术

矿井生产阶段煤岩层对比技术按照地质勘查阶段标志层的梳理，坚持简明适用、指导生产的原则，将煤层夹矸岩性、煤岩煤质、煤层伪顶、直接顶板等低位的可以在井下观测到、便于识别的岩性、古生物化石层、煤岩煤质等作为矿井生产阶段煤岩层对比的指标；同时根据煤矿井下巷道、工作面大面积揭露的顶板特殊的具有标志性的岩性、古生物化石层和生产阶段顶底板稳定性、瓦斯测试参数、顶板岩石力学特征、煤岩煤质以及煤层开采后的形态等生产阶段的特征作为煤层对比的标准，归纳总结将经验性的煤矿地质工作进行合理的科学化或理论化，以指导煤矿安全、高效开采。

2.1 地质勘查阶段标志层提取

火烧铺井田在地质勘查阶段通过地质勘查钻孔、槽探、地球物理测井、煤岩煤质分析、钻孔岩性组合等多种技术手段建立了系统的煤岩层对比技术和煤岩层对比标志层(表1)，通过近年来矿井生产揭露已经建立的部分对比标志指导矿井生产。

表1 地质勘查阶段标志层分析Table 1 Analysis of marker layers in geological exploration stage

2.2 矿井生产阶段岩性及其古生物特征

通过对地质勘查阶段建立的标志层体系，在对煤矿井下巷道、硐室、工作面通过系统的地质调查，煤岩层样品采集、古生物化石层标志层低位煤层顶板古生物、孢粉化石(图2)、微体古生物(图3)、岩石力学等样品采集及测试、煤层瓦斯参数测试等技术手段，综合分析。

图2 煤层顶板孢粉化石特征Fig.2 Characteristics of sporopollen fossils in coal seam roof

图3 井下煤层顶板古生物化石特征Fig.3 Characteristics of palaeobiological fossils in coal seam roof

2.2.1动物化石

距离1 煤层顶板0.15～1.50 m 砂岩中发育厚度0.10 m 厚的海豆芽化石层(图3g、图4b)，此外，发现煤层顶板普遍发育一种特殊的穴面三缝孢，呈圆形或三角圆形，大小45 μm 孢壁上有圆形小穴；3 煤层顶板为刺面单缝孢，其含量高于邻近层位；12 煤层顶板含有三角形光面三缝孢、圆形光面三缝孢、圆三角形刺面三缝孢(图2)，同时含有大量的树皮碎片；18 煤层顶板发育个体较大的腹足类动物化石(图4c)、19 煤层底板岩性以浅灰色的铝质泥岩、发育鲕粒结构易于识别(图4n)。

2.2.2植物化石

在5、7 煤层直接顶板砂岩中富含大羽羊齿植物化石叶片，但是二者的炭化程度明显不同，表现为：5 煤层顶板的大羽羊齿叶片化石炭化严重，叶脉叶缘炭化无法辨识(图4m)，而7 煤层炭化程度低，叶脉叶缘脉络清晰易于辨识(图4q、图4p)；24 煤层顶板发育动植物化石共生层，表现为小型的舌型类、腹足类化石大量附着于植物叶片上(图4e)。上述3 层煤层顶板中的植物化石层由于发育层位距离煤层较近，在煤矿井下生产过程中容易揭露、易于识别，可以作为煤矿生产阶段该煤层对比的标志层。

图4 古生物及其岩性组合特征Fig.4 Characteristics of palaeontology and its lithological assemblage

2.2.3岩性标志层

1 煤层顶部0.10～0.20 m 的位置发育厚度0.01～0.03 m 厚黑色高岭石泥岩夹矸，该处夹矸厚度、发育位置较稳定，在地面不易识别、在井下反射可见光和红外热成像特征明显易于识别，可以作为煤岩层对比的标志层；3 煤层内距离煤层顶板0.70～0.90 m 处发育一层厚度0.10 m 厚的黑色油脂光泽、白色条痕、隐晶质结构、纵向节理发育的高岭石泥岩、白色条痕在地面地质勘查中不易识别，主要通过地球物理测井曲线的高自然伽马特性进行识别，井下由于巷道掘进、采煤机截齿截割在井下可见光下呈光亮、油脂光泽特征明显、测温稳定，同时在红外光下特征明显，因此，该夹矸层是3 煤层井下煤层对比的标准层；12 煤层底部发育构造煤层厚度1.0 m 左右，12 煤层厚度最大，煤层顶板为泥岩与菱铁岩互层；21 煤层及其顶板泥岩内富含黄铁矿。

上述煤层中的岩性标志在矿井生产阶段揭露面积更大，更容易被识别，可以作为井下该煤层对比的标志层。

3 矿井生产阶段开采技术特征

通过对煤矿井下开采技术条件如煤层的宏微观煤岩、煤质、煤层顶板岩石力学特征、煤层瓦斯含量、煤层的可见光、热红外等特征，结合矿井生产阶段古生物、孢粉等观察成果，综合分析矿井生产阶段开采技术特征。

3.1 煤岩特征

各煤层的宏观煤岩类型总体上相差不大，但是上中下3 个岩性段内煤层纵向比较，煤层的宏观类型存在较大的差异，表现为上段煤层组中1、3、5 煤层以块状碎裂煤为主，中段12、14、17 煤层以碎粒、鳞片状的碎粒、糜棱煤为主，尤其是17 煤层为鳞片状、松散易碎同时煤层顶板为黑色破碎顶板、亦为鳞片状，在井下工作面或巷道中该煤层顶板破碎难以支护、容易发生漏顶，导致多年的开采中尚不清楚煤层的厚度；下段各煤层以块状碎裂煤为主，煤体结构较完整。

通过对16 层可采编号煤层钻孔样和井下刻槽样60 个，进行显微煤岩测试，结果发现：各煤中有机组分含量较高，平均值在85%～90%，其中，镜质组含量最高，惰质组含量次之，壳质组含量最少；不同层段树皮煤含量不同，其中，上段5 煤最高、中段12 煤最高、下段27 煤最高(图5)；各煤层煤中无机矿物含量较低，1、3、5 煤层以氧化硅类矿物为主，黏土矿物和碳酸盐矿物次之，硫化物类矿物极少；而24、24–1煤层以氧化硅类矿物为主，黏土矿物和硫化物类矿物次之，碳酸盐矿物较少；其余各煤层均以黏土矿物为主，氧化硅类矿物次之，并含有少量硫化物类和碳酸盐类矿物。而各煤层中含矿物基百分含量中黏土矿物含量具有明显的特征表现为上段3 煤层最低、5 煤层最高，中段14 煤层最高、20 煤层最低，下段24–1煤层含量最低、向下随着埋深的增加黏土矿物的含量逐渐增高；纵向上14 煤层最高、3 煤层最低，而其他矿物含量变化特征不明显(图6d、表2)。

图5 显微煤岩组分照片(500 倍油浸镜下)Fig.5 Micrographs of macerals

表2 火烧铺井田煤质特征Table 2 Coal quality characteristics of Huoshaopu Coal Mine

图6 煤层及其顶板工程地质特征Fig.6 Engineering geological characteristics of coal seams and their roofs

3.2 煤质特征

对1 216 个样品进行煤质测试，发现研究区内不同煤层、相邻煤层间煤层的硫分、灰分、挥发分等指标具有明显的差异性和规律性变化特征(表3)。

3.2.1全硫

经统计，21 煤层以上的各煤层均为低硫或特低硫煤，原煤全硫质量分数平均值均小于1%，21 煤层原煤全硫质量分数为1.72%～7.74%，平均4.23%，22 煤层原煤全硫质量分数0.15%～3.44%，平均0.62%；经浮选后17 煤层硫分基本无降幅，难以脱硫，由此，可见原煤全硫质量分数可作为17、21 煤层的对比特征之一。其次，自24 煤层开始，下段各可采煤层总体具有高硫特征，以平均值计，24 煤层原煤全硫质量分数3.02%、24−1煤层为3.42%、26煤层为3.23%、27煤层为2.35%(表3、图7a)。因此，原煤全硫特征可作为识别上、中煤组与下组煤层对比的手段之一。

图7 煤质特征对比Fig.7 Comparison of coal quality characteristics

表3 不同煤层瓦斯含量、瓦斯压力参数测试结果回归分析Table 3 Regression analysis of test results of gas content and gas pressure parameters in different coal seams

3.2.2挥发分

经统计，纵向上各煤层原煤挥发分(Vdaf)逐渐降低，17 煤层以下(含17 煤层)，各煤层原煤挥发分总体在30%～35%，17 煤层以下各可采煤层挥发分总体低于30%。

3.2.3灰分、硫分综合指标

井田最明显的特征是12 煤层，以其低灰分、低硫为特征，灰分低于5%；硫分低于1%，一般为0.2%～0.5%；上段5 煤层高硫、高灰等，较3 煤层高，17 煤层的灰分高于18 煤(图7b)。

综上所述，本次结合煤层硫分、灰分综合对比详细查明了本区的煤层层数、主要煤层层位、厚度和分布范围，实现了煤岩层对比的全区闭合(图7b)。

3.3 煤岩层工程地质特征

岩石力学参数是反映煤岩层工程地质特征的物性指标，岩石力学特征受原始沉积、成岩控制，同时受后期强加和改造作用[28-29]。火烧铺煤矿各煤岩层受沉积和后期改造双重作用，因此，通过对煤矿井下煤层顶板岩石力学样品采集测试、煤层岩体完整性、煤的坚固性系数测量、统计分析可以宏观上确定其中几层煤层的对比。

(1) 各煤层顶板岩石力学特征属于破碎–较坚硬顶板，其中上段优于中段、下段，其中中段煤层完整性最差，尤其是12−17 煤层间(图6a)。

(2) 通过采用ø95 mm 的金刚石绳索钻具对地层、煤层全孔取心，结合井下巷道、硐室、工作面揭露，对岩体完整性统计分析表明：煤的完整性属于差–中等，上段完整性优于下段和中段，而中段尤其是12−17 煤层间岩体破碎，属于完整性劣等岩体。

3.4 瓦斯地质特征对比技术

通过对地面施工的15 个瓦斯补充勘探钻孔、3 个煤层气钻孔和井下石门揭煤获取的316 个合格的瓦斯及其煤层样品测试结果以及煤矿井下不同位置不同编号煤层瓦斯参数测试所获取的瓦斯压力、瓦斯含量数据分析，对瓦斯压力、瓦斯含量与煤层埋深、高程等相关性分析表明：

(1) 井田内煤层瓦斯含量、瓦斯压力参数与煤层的高程相关性差，而与煤层的埋深相关性显著；说明煤层的瓦斯地质参数受埋深和构造控制。

(2) 不同编号的主要开采煤层瓦斯压力、瓦斯含量与煤层埋深具有明显的线性相关性，相关性显著，相关系数R2>0.96(表3)。

因此，通过拟合回归方程进行煤岩层对比，尤其是矿井进入深部开采范围，瓦斯的压力参数更为敏感(图8)，该技术指标可以作为矿井生产阶段煤岩层对比的辅助性标志。

图8 煤层瓦斯含量及其压力参数对比Fig.8 Contrast chart of gas content and pressure parameters in coal seam

3.5 煤岩光学特征对比技术

通过井下巷道、工作面可见光、热红外煤岩观测与描述、成像分析发现：煤层及其夹矸在井下可见光、热红外成像图上具有明显的特征，表现为：

(1) 在地面地质勘查钻孔中揭露的3 煤层内的夹矸为黑色、白色条痕、油脂光泽见节理构造与煤层不易识别，但是在地球物理测井该夹矸表现为高放射性，可以通过条痕色和放射性测井进行识别，但是在煤矿井下不具备地球物理测井和条痕刮擦的条件；井下调查发现该夹矸岩性标志层在井下漆黑环境中，在可见光源照射下呈现为白色光亮油脂光泽与其上下煤层形成明显的反差(图9b、图9c)，结合夹矸位置、煤层厚度、煤岩煤质特征及煤层顶板化石层等特征可以作为井下煤岩层对比的标志层。

(2) 红外热成像仪图像及其标志层标定提取(提取计算方法不再赘述)发现该标志层在工作面、巷道内具有标识性和可追踪性(图9e、图9f)，是煤层对比以及构造复杂区煤层厚度识别或智能开采工作面煤岩识别的一种有效的技术途径。

图9 煤岩层井下光学特征对比Fig.9 Contrast map of underground optical characteristics of coal and rock layers

4 煤岩层精细化综合对比技术体系构建

4.1 总体思路

通过对火烧铺井田地质勘查阶段和生产阶段煤岩对比，剔除地球物理测井曲线、高位岩性及标志层、地球化学等，归纳总结煤矿多年生产揭露煤层及其顶底板特征，提炼可以用于煤矿井下巷道、工作面生产阶段的煤岩层快速、高效对比标志，重新构建矿井生产阶段煤岩层对比技术体系。

4.2 关键参数的选择

4.2.1煤岩煤质参数选择

根据煤矿采集的1 568 个煤岩煤质样品的测试结果(表2)：不同编号煤层中，上段煤层均含有一定的树皮，12 煤层树皮体积分数最高20%～40%，无机物体积分数最低，低于5%；明显与10、14、17 煤层差异较大，后者煤层中树皮体积分数低于10%，无机物体积分数高于10%。

4.2.2微体古生物化石特征

根据煤层伪顶、直接顶板岩石内植物、动物以及微体古生物化石采样测试分析结果表明：井田范围内1 煤层顶板中特殊的穴面三缝孢，孢子的个数占比一般为3%～13%，是1 号煤层特有的成分，因此对比意义极大；3 煤层顶板的刺面单缝孢的相对含量高于邻近煤层顶板，形成突出高峰，一般为20% 左右，最高达72%；12 煤层顶板的含三角光面三缝孢20%、圆形光面三面孢20%～40%、圆三角形刺面三缝孢含量较少为特征(图10a)。

4.2.3煤岩光学特征参数特征

不同岩石的热容比，对可见光、热红外的吸收、反射等性质均各不相同，国内外的学者通过煤岩光学特征进行了智能工作面的煤岩界面识别，取得了初步的效果[30-31](图10b、图10c)，本次用红外热成像仪获得最佳效果的煤层及其夹矸图像(图9e)。

煤层的可见光亮度，井下工作面光照情况下，煤壁及其巷道内夹矸与煤层的可见光特征明显(图10d、图10e)，煤层与夹矸的亮度值灰度级差异显著，易于识别和区分，夹矸的反射性较好(图9b、图9c)。

图10 煤岩层精细化综合对比参数特征Fig.10 Characteristics of comprehensive fine correlation parameters of coal and rock layers

光谱分析结果显示：14 煤层之下出现Be 的高值，6 煤层以上V 的质量百分数在0.007～0.010 ug/g。

4.2.4煤层顶板岩石力学特征

上组煤中3、5、7 煤的坚固性系数最高超过0.60，其中3 煤层坚固性系数最高于1.0；中组煤层中12、14、17 煤为碎裂煤层，煤层的坚固性系数不高于0.30，一般为0.12～0.30，其中17 煤层最小0.1 左右；12 煤层顶板岩层较14、17 煤层完整且岩石力学强度较高，大于20 MPa，14、17 煤层顶板破碎、顶板岩石易崩解，完整性差(图6)。

4.2.5瓦斯含量特征

矿井目前开采深度普遍大于500 m，各煤层中瓦斯压力12 煤层最高、17 煤层次之、7 煤层再次之，1、3 煤层相差不大，5 煤层最低，其中12 煤层瓦斯压力高于2.0 MPa，17 煤层1.2～1.80 MPa，5 煤低于1.0 MPa，1、3、5 煤层在1.00～1.30 MPa。不同煤层高压容量瓦斯吸附等温曲线测试结果表明，在同等条件下7 煤层的吸附能力最强，3 煤层最小，其他各煤层相差不大。

4.3 精细化综合对比体系构建

通过对火烧铺煤矿煤岩煤质测试分析、矿井生产阶段瓦斯含量、瓦斯压力参数等测试，煤层顶板完整性、煤体的宏观结构类型等综合分析，构建矿井生产阶段煤岩层精细化综合对比技术体系(图11)。

图11 矿井生产阶段煤岩层精细化综合对比技术体系Fig.11 Fine comprehensive correlation technology system of coal and rock layers in mine production stage

4.4 综合对比结果

根据地质勘查阶段建立部分可以应用的标志层，结合煤矿井下生产实践重新建立的标志层，重新构建火烧铺煤矿矿井生产阶段煤岩层精细化综合对比技术体系，对比结果如图12 所示。

图12 煤岩层综合对比Fig.12 Comprehensive correlation of coal and rock layers

(1) 14214 工作面雁列式正断层导致该工作面区域内14、17 煤层断失，18 煤层顶板泥岩中的体积较大的腹足类动物化石的重复出现，判定18 煤层重复出现；主斜井24 煤层顶板动植物化石共生标志层为斜井煤层对比该煤层的重复出现，为中部地层破碎带属性的判识提供了依据。

(2) 14 采区10 煤层与12 煤层分叉合并，导致12 煤层在该区域煤层增厚，生产揭露亦证实了这一判断，为该区域内煤层开采、工作面的部署以及厚煤层瓦斯抽采、巷道的掘进等提供了有利的地质依据。

4.5 适用性分析

本文的煤岩层对比是基于对煤田内地质构造充分认识的基础上，尤其是对断裂构造中断距认知较清楚。火烧铺井田按照大型断裂发育进行了煤矿的划分，在矿井单位内按照中等断层进行盘区划分，在采区、工作面尺度上断层揭露的属性以正断层为主，逆断层次之，断层断距0.50～10 m，断层多发育于上段的3−5 煤层间、中段为12−17 煤层间，下段在24−26 煤层间，因此，正断层煤层的缺失不会太多，1～2 个编号煤层范围内；逆断层多出现同煤层及其邻近的1～2 层煤层的重复；因此，煤层对比过程中多为邻近煤层的对比，各煤层的煤岩煤质、岩石力学、煤岩光学特征的差异性对比即可。

煤岩煤质特征需要通过测试化验，但是本文提出的煤岩煤质特征主要是煤的宏观煤体结构特征，在火烧铺井田该方法对12、14、17 煤层的对比非常直观，特征显著易于识别。

岩石光学特征其实是对煤层夹矸标志层在煤矿井下快速识别的光学特性科学表现，其本质是煤层对比标志层，只是通过井下现场光学特征直观、简单、快速表达，对煤矿井下现场施工的适用性、指导性、操作性以及工人的学习接受更容易，无需专业技术人员或采样后地面进行识别和辨识。只需要额外配备红外光学成像仪或相机即可解决。

古生物化石、微体生物化石的识别需要专业的技术人员和专有的设备，同时，需要在地面实验室内进行，且工作的周期较长，因此，适应性较差，但若是抓住了古生物的特征，在井下可以实现快速的对比和确定煤岩层位。

5 生产实践的启示与讨论

5.1 煤岩层精细化对比思路

煤岩层对比的思路突破传统的煤田地质勘探中的煤岩层对比思路，煤岩层对比工作由地面探槽、钻孔剖面的对比随着地质勘查、灾害探查、治理工作向井下石门、巷道、工作面方向拓展；同时煤层对比由资源储量的计算向煤矿安全、高效、智能化开采方向方面拓展。

对比的精度向煤岩层、煤质以及煤岩分层对比、分层显微煤岩结构以及煤层顶底板水害、矿压显现关键层、致灾层或保护层的对比；同时为了满足煤矿高质量发展、煤矿智能化对地质透明化的需求，要求矿井生产阶段的煤岩层对比必须对矿井顶板、水害、瓦斯、冲击地压等灾害地质体、地质构造、煤层结构等实现精细化对比，便于后期灾害治理、地质属性建模和智能开采设计。

5.2 智能开采的意义

在构造复杂区工作面智能开采对煤矿井下减人、增效具有非常重要的意义，而工作面内煤层厚度、宏微观煤岩结构的精细对比对智能开采工作面开采设计、灾害防治具有重要意义。

目前针对智能开采工作面煤岩界面的识别尚未解决，通过对不同宏观煤岩层在工作面的三维空间展布特征对比或煤层中某一层夹矸标志层的精细化对比，采用夹矸或某一煤岩小分层作为智能开采工作面标志层指导工作面煤层智能开采采煤机轨迹规划，是构造复杂区或火烧铺煤矿智能开采的有效解决途径。

5.3 煤炭提质增效的意义

矿井进入生产阶段，由于断裂构造、岩浆侵入、煤层夹矸及其厚度的变化导致煤层煤岩煤质特征的变化，尤其是对于多煤层开采，如何实现不同编号煤层、同层煤层不同煤质区域协调配采，实现不同编号煤层或同一编号煤层不同盘区几个工作面煤层的科学配比，保障煤炭发热量、灰分、水分等指标的前提下，降低煤矸石洗选、矸石处理，尤其是智能开采向深度发展，势必向煤矿煤炭资源提质增效方向发展。其中火烧铺煤矿通过对优质的12、14、17 煤层与3、5、7 煤层的合理配采，实现了不同编号煤层配比后满足精煤对灰分、硫分、发热量的要求，大幅度降低了洗煤厂洗选的负担，减少矸石泥煤处理的环保压力，实现经济效益的最大化，保证煤炭提质增效。

6 结论

a.结合矿井深部瓦斯补充勘查工程系统地梳理了地面地质勘查阶段建立的标志层特征，并通过矿井生产地质调查评价上述标志层体系在矿井阶段的有效性，在矿井内开展了煤层顶板古生物、孢粉以及煤岩煤质的系统分析，将其纳入矿井生产阶段煤岩层对比之中。

b.将矿井生产阶段的沉积岩性组合的普遍性、岩性、古生物组合等特殊性地质特征与煤、岩层工程地质、瓦斯地质等相关的开采技术条件等具有规律性、可对比性的一切特征引入到煤岩层的精细化、综合化对比技术中。

c.智能化开采技术的发展需求，夹矸作为煤层及其煤岩界面识别的关键技术，虽然文中提出的利用煤层夹矸的光学特征识别煤岩层界面是个特殊的案例，但是这为煤矿井下智能化开采关键技术煤岩界面识别提供了新的思路和全新的尝试，只要在煤矿井下工作面范围内抓住了对夹矸或某一煤岩小分层的识别和追踪，就间接实现了对煤岩界面的识别。

d.煤岩层的对比技术是一门综合性对比技术，本文立足以煤矿生产阶段尤其是对于矿井盘区、工作面及其巷道尺度上的煤岩层对比技术，通过工程实践表明，煤矿井下生产阶段的煤岩物性、光学特征等可以应用于煤矿井巷、工作面回采过程中，指导煤矿安全、高效开采。

e.将生产中的煤层顶板岩石力学特征、煤岩煤质以及瓦斯地质特征作为火烧铺矿井生产阶段煤岩层对比的标志层，取得了理想的效果，这种方法在盘县煤田是否具有普遍性，还需要针对具体矿区构建适应各自矿井的煤岩层对比标志层。因此，在矿井生产阶段地质工作者可以根据矿井、盘区、工作面以及工作面开采区域的某个区段作为研究对象重新构建井下煤岩层的对比标志层，以指导煤矿井下巷道的快速掘进、工作面部署以及顺利回采。

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