黑岱沟露天煤矿二采区西部煤层断陷带区域补充勘探成果分析

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  摘要:黑岱沟露天煤矿曾对其二采区西部0.9km2范围内进行了三维地震勘探工作,发现并解释了存在9条断层的陷落带,为了对上述探测结果进一步验证,确保安全高效通过断陷带区域,最大限度地减少煤炭资源损失,黑岱沟露天煤矿开展了补充勘探工作,共布设钻孔31个,总工程量3593.00m。通过对勘探成果分析,查明了区内断层落差和延展范围,构造形态主要为受BF1和BF2两条断层形成的断陷带控制,分析了断陷区地质构造及边坡稳定性,查明了断陷区破碎带影响范围内煤层风化情况,达到了预期的目的。
  关键词:露天矿;补充勘探;断层;构造
  0引言
  黑岱沟露天煤矿位于准格尔煤田中东部,行政区划属内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗管辖。其范围为东邻黄河,接近煤层露头,东北接近煤层风化带,西北与龙王沟勘探區毗邻,南部以黑岱沟沟流中心北西200m为界。地理坐标为东经 111°10'~111°25',北纬39°25'~39°59',南东~北西长约12km,北东~南西宽约6km,矿区面积50.3339km2。开采深度由1264m至940m标高[1-2]。
  目前黑岱沟露天煤矿已推进到二条区断陷带位置,2011年8月,神华地质勘查有限责任公司完成了对二采区西部0.9km2范围内进行了三维地震勘探工作,在该范围内解释了9条断层,构造比较复杂,主要表现为断层增加,且发育陷落带[3-8]。黑岱沟露天煤矿在完成由首采区到二采区转向后,在推进至该断陷带。根据黑岱沟露天煤矿前期采剥工程揭露的情况看,实际揭露的断层位置和数量与三维地震解释断层不完全相符。为了不影响生产,确保安全高效通过断陷带区域,最大限度地减少煤炭资源损失,保持煤矿产量的稳定,黑岱沟露天煤矿委托“煤炭科学技术研究院有限公司”对“黑岱沟露天煤矿二采区西部煤层断陷带区域”进行补充勘探工作。
  1补勘区域地质
  本次补勘采用钻探方式进行,并在钻探基础上对全部钻孔辅以测井、钻孔窥视,钻探过程中采用全孔取芯,对典型岩芯进行物理力学实验,全段煤芯送矿方化验[9,10]。勘查过程中充分利用生产中揭露的采剥剖面获得的地质资料,全面完成本次补充勘探任务。
  1.1补勘区域地层
  补勘区位于黑岱沟矿区中部,地表大面积被黄土覆盖,只在较大的冲沟中有基岩出露,属典型的黄土高原地貌景观。根据地层出露及钻孔资料,区内由下至上发育有奥陶系下统亮甲山组(O1l)、石炭系中统本溪组(C2b)、石炭系上统太原组(C3t)、二叠系下统山西组(P1s)、下石盒子组(P1x)、二叠系上统上石盒子组(P2s)、新近系上新统(N2)、第四系上更新统马兰组(Q3m)和第四系全新统(Q4)。
  其中石炭系上统太原组(C3t)是最主要的含煤地层,为近海型海陆交互相沉积,由灰黑色泥岩、砂质泥岩、灰白色中~粗粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩、薄层状深灰色粘土岩及煤6、煤8、煤9组成。其中煤6厚度巨大,结构复杂,是本次勘查的主要对象。
  1.2补勘区域构造
  断陷带补勘区位于黑岱沟露天煤矿二采区西部,构造形态主要受焦家圪卜向斜控制,其向斜轴部位于二采区的东南部,断陷带补勘区属该向斜的西翼,总体地层走向为NE40°-55°,倾向南东,地层倾角平缓,倾角一般小于10°。断陷带补勘区内及附近发育的构造主要有:
  1)焦家圪卜向斜
  该向斜轴部位于断陷带补勘区以往的东南方向,轴向NE45°,是区内的主要构造,向斜两翼地层倾角5°~10°左右,为一轴部平缓而宽阔的、波幅不大的向斜构造。补勘区内大部分属本向斜的西翼控制。
  2)断层
  本次断陷带补勘区钻探工程揭露两条断层BF1、BF2,控制程度属于查明断层。此外,DF9和DF7逆断层无钻孔验证。
  3)本次断陷带补勘与原三维地震勘探解释构造对比
  本次补勘和三维地震解释断层对比情况详见表1“原三维地震勘探解释断层产状特征”、 表2“本次断陷带补勘解释断层产状特征”和图2“本次断陷带补勘与原三维地震勘探解释断层对比图”。
  (1)原三维地震DF8逆断层已查明不存在。采剥工程剖面已证实该断层不存在。
  (2)BF1断层。该断层和2012年三维地震勘探报告解释的DF5断层相比较,本次BF1向东偏移70m,延展长度比三维地震更加向南延展。见图4-2,红色为本次补勘解释断层,粉红色为三维地震勘探解释断层。
  (3)BF2断层。该断层和2012年三维地震勘探报告解释的DF6断层相比较,断层北部位置、走向、倾向一致,南端和三维地震解释的DF2逆断层的位置和延展方向相复合。图4-2“本次断陷带补勘与原三维地震勘探解释断层对比图”。
  (4)原三维地震解释DF2逆断层,本次补勘已证实不存在。不存在的证据如下:ZK13揭露煤6底板标高为996m,ZK15揭露煤6底板标高为1003m,ZK13比ZK15低,若存在逆断层,则必须是ZK13比ZK15高,事实证明恰相反;通过1120平台和1135平台推进到ZK15和ZK16时采剥剖面表现为地层连续,未发现有断层,只是地层稍微隆起表现为小的缓波状起伏。
  2煤层及煤质
  2.1含煤地层
  本区含煤地层为山西组和太原组,煤5为大部分可采煤层,煤6为全区可采煤层。
  1)山西组
  本组为主要含煤地层,共含3层煤,从上至下编号为煤1、煤3、煤5,其中,可采煤层为煤5。
  2)太原组
  太原组为本区主要含煤地层,为过渡相-陆相沉积,含5煤、煤6、煤7、煤8、煤9、煤10。全组煤层平均总厚度34.08m,含煤系数50.43%。可采煤层为煤5、煤6。其中煤6按结构及煤质特征分为6个分煤层(6Ⅰ、6Ⅱ、6Ⅲ、6Ⅳ、6Ⅴ、6Ⅵ)。   2.2 煤质
  2.2.1煤质特征
  本区各煤层按平均光泽类型划分,以半暗型、暗淡型煤为主,半亮型煤次之。半暗型煤以暗煤为主,亮煤为辅,夹有镜煤和丝炭的线理或透镜体。半亮型煤以镜煤、亮煤和暗煤组成,条带状结构明显,有时夹有镜煤和丝炭的线理及透镜体;半暗型煤的光泽比较暗淡,其硬度、韧性和比重较半亮型大。煤岩成分在垂向上变化较大,镜煤、亮煤含量煤6Ⅲ~煤6Ⅳ煤层较其它煤层高。
  2.2.2 煤类
  补勘区煤类划分为长焰煤、不粘煤两个大类:浮煤Vdaf%均大于37.00%,粘结指数G小于等于35,为长焰煤;浮煤Vdaf%均小于37.00%,粘结指数G小于等于5,为不粘煤。
  2.2.3 风氧化煤范围分布规律
  根据测井曲线在煤层风氧化带中的物性组合特征,可以判别因断层构造引起的煤质风氧化范围及影响程度,见表3断陷带补勘区域钻孔煤层风氧化统计表。
  断陷带范围内煤的风氧化范围垂向上主要位于煤6Ⅲ、煤6Ⅳ、煤6Ⅵ分煤层等的局部,平面上分布于断陷带补勘区北区的断层两侧和断陷带范围内,可以圈定三个风氧化区,风氧化范围见图3:
  3水文地质及边坡稳定性
  3.1主要含(隔)水层
  断陷带补勘区各含(隔)水层:第四系全新统冲洪积层(Q4)、新近系红土层(N2)、二叠系上统上石盒子组(P2s)、二叠系下统下石盒子组(P1x)、二叠系下统山西组(P1s)、石炭系上统太原组(C3t)、石炭系中统本溪组(C2b)、奥陶系中统马家沟组(O2m)。
  3.2直接充水含水层地下水的补、径、排特征
  勘探区主采煤层为煤6复煤层,直接充水含水层为二叠系山西组砂岩裂隙含水层,其补、径、排条件概述如下:
  1)补给:地下水的补给源以大气降水为主
  2)径流:地下水接受补给后,受煤田总体构造轮廓的控制,总体为由东向西运动,在煤田的北部為由北及北东向南西运动,局部地段由于煤系地层的起伏或透水性的差异以及煤层风化等因素的影响而略有变化。
  3)排泄:①在煤田西部以侧向径流的形式排出区外;②地下水径流至煤田的西南部,以侧向径流的形式排出区外;③在有利地形部位(如切割较深的沟谷、洼地)以泉的形式排出地表。
  3.3边坡稳定性评价
  本区边坡水文地质、工程地质特征总结如下:
  1、处于黄土半掩盖的丘陵地带,构造简单,地层倾角平缓。
  2、表土层较薄。风化裂隙仅在局部地段发育,一般厚度不大。
  3、区内岩性以砂岩类为主,泥岩相对不甚发育。
  4、水文地质条件简单,山西组砂岩为直接充水含水层,但富水性极弱。
  5、气候干燥,降水量稀少。
  6、各类结构面不甚发育,软弱夹层数量有限。
  综合上述分析,根据DZ/T0215-2002《煤、泥炭地质勘查规范》附录H的规定,按构成露天边坡岩层的岩性、物理力学性质和结构面的发育程度划分,断陷带补勘区露天边坡属于第一类~第二类一~二型,断陷带内属稳定差,其它区域属较稳定边坡。
  4其它开采技术条件
  4.1煤尘爆炸性
  区内煤6复煤层及各分煤层煤尘爆炸性指数介于44.0%~44.8%,有爆炸性危险。
  4.2煤自燃倾向
  区内采自燃倾向性样10件,其中煤5、煤6Ⅰ、煤6Ⅱ煤各2件,煤6Ⅲ~煤6Ⅵ各1件。各煤层吸氧量0.53~0.62ml/g,各煤层均为二类自燃。
  4.3地温
  本区地温变化不大,未发现高温异常,平均地热增温率为1.5℃/100m,属于地温正常区域,对采煤无危害。
  5结论
  (1)依据断陷带区域实际情况,选用钻探、地球物理测井、工程地质观测、煤质采样测试、工程测量等手段,并充分利用附近采剥工程揭露的地质资料,完成了补充勘探任务,达到了预期的目的;
  (2)本次断陷带补勘,工程测量共布设钻孔31个,施测钻孔31个;地质钻探完成钻孔31个,总工程量3593.00m,查明了区内断层落差和延展范围。构造形态主要为受BF1和BF2两条断层形成的断陷带控制。
  (3)查明了断陷带补勘区为-向东南倾斜为主的向斜构造,区内发育BF1、BF2两条断层,断层对岩层和煤层影响较大。北区发育BF1、BF2两条断层,靠近断层的区域和断层之间的断陷带内岩层倾角变化较大,岩层节理裂隙发育,岩石质量差,岩体稳定性差,面积0.25km2;南区发育BF1断层一条断层,靠近断层两侧影响区域岩层倾角变化较大,岩层节理裂隙发育,岩石质量差,岩体稳定性差,该区域面积0.12km2;断陷带补勘区露天边坡属于第一类~第二类一~二型,断陷带内属稳定差,其它区域属较稳定边坡。
  (4)本次断陷带补勘采用综合勘查方法,勘探手段选择正确,勘探类型划分恰当,勘探工程布置比较合理,工程质量优良,可以作为可行性研究和矿区开采设计的依据。
  参考文献
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