刘大伟
（中煤地质工程总公司 北京大地高科煤层气工程技术研究院，中国 北京100000）
0 前言
2012 年3 月至12 月，中煤大地技术开发公司在本区开展了煤炭详查工作，探获煤炭资源储量（332+333）42028 万吨，均为焦煤。 国土资部储量司以国土资储备字[2013]176 号同意予以备案。 目前勘探工作正在实施。 与本区相邻的赤峪井田已经建成240 万吨/a 的大型矿井，下一步拟扩建为300 万吨/a。
本文依据详查报告，拟对影响煤矿建设、生产与安全的主要开采技术条件加以评价，包括地层、构造、煤层的厚度、结构、煤层的产状及其变化;煤层顶底板及工程地质条件;瓦斯、煤尘、煤的自燃性等。 随着煤矿机械化程度的不断提高,对煤矿开采技术条件及其研究程度的要求也越来越高,因此,加强开采技术条件的综合研究，非常必要。
1 地层及构造
1.1 地层
本区属半祼露区，出露地层有奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系，新近系及第四系，第四系覆盖在不同时代地层之上。地层总体由西向东，由老到新依次出露。 其中含煤地层为太原组和山西组，其上覆地层厚度较大，有利于含煤地层固结成岩，岩石力学强度应该较好，有利于井工开采。
1.2 构造
本区为一走向近NNE 的不对称向斜（东社向斜），主体位于该向斜的西翼。地层倾角变化较大，F2断层以西的浅部地层倾角30～40°，F2断层以东地层倾角一般为10～15°，向斜核部倾角5～10°，沿走向发育次级褶皱和走向正断层。 未发现岩浆岩和陷落柱，属中等构造（如图1）。由此可以看出，地层倾角小于25 度，断层走向单一，有利于采区划分和布置。
图1 勘查区构造图
2 煤层厚度
含煤地层为山西组和太原组，含可采煤层共4 层，山西组2 号和3 号、4 号煤层为较稳定的大部可采的中厚-厚煤层， 太原组8+9 号为稳定的全区可采的厚煤层， 主要参数如表1。 2、3、4 号煤层间距小于20m, 可以划分为一个水平进行联合开采，4 号煤层距离8+9 号煤层48.12-59.03m，平均55.38m，可单独作为一个水平开采。
由此，从煤层赋存状况看来有利于矿井开拓布置，有利于大型机械化开采。
表1 可采煤层情况
3 工程地质条件
3.1 本区为半掩盖区， 出露地层为石炭系上统太原组及二叠系下统山西组含煤岩系及其上覆的二叠系上统及三叠系下统多种岩性的沉积岩组合体。 一般砂岩、石灰岩力学强度较高，稳定性较好，泥岩力学强度较低，稳定性较差。
3.2 区内总体为一不对称的向斜，断层较发育，构造方向单一。 在断层附近岩体的稳定性明显降低。
3.3 主要可采煤层2 号煤层老顶以中、粗粒砂岩为主，强度高，硬度大，稳定性较好；3、4 号煤层老顶以中、细粒砂岩为主，厚度较薄，横向变化大，强度较高，硬度中等，稳定性较好，局部较差；8+9 号煤层顶板为炭质泥岩夹薄煤（8上），局部为泥岩、砂质泥岩，稳定性差，老顶为薄～中厚层状中细粒砂岩，稳定性较好；8+9 号煤层底板为泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩，局部为细粒砂岩，其中泥岩、炭质泥岩遇水易软化，局部有底鼓的可能。
3.4 本区奥陶系石灰岩岩溶发育不均一， 各可采煤层大多在奥灰水位以下，处于带压状态，上组煤（2、3、4 号煤层）距奥陶系中统石灰岩顶界面间距大于100m，且以细碎屑岩为主，正常情况下底板突水的可能性较小；下组煤（8+9 号煤层）距奥灰顶界面为50m±，虽然岩性以泥质岩为主，但由于奥灰岩溶发育的不均一，当条件具备时，突水系数多大于0.10MPa/m，存在底板突水的可能。
综上所述，本区矿体围岩主要为层状岩类的碎屑岩，工程地质条件中等，工程地质勘探类型为三类中等。
由此看来，开采2、3、4 号煤层时主要大巷宜布置在煤层底板围岩中（同时考虑煤层有瓦斯突出危险）。
4 水文地质条件
4.1 上部含煤组
上组2、3、4 号煤层，主要充水含水层为2 号煤层顶板砂岩裂隙含水层，富水性弱；另外该含煤组2、3、4 号煤层底板标高均低于中奥陶统石灰岩岩溶水静止水位标高，煤层处于带压状态。 4 号煤层距中奥陶统峰峰组岩溶含水层顶界一般为100m±，岩性以细碎屑岩及泥质岩为主，隔水性能较好；本区多为走向正断层，施工钻孔揭露的断层未发现涌漏水现象，因此，未受构造破坏地段一般不会造成奥灰岩溶水进入矿井。因此，上部含煤组水文地质勘查类型为二类一型，即水文地质条件简单的裂隙充水矿床。
4.2 下部含煤组
下组煤为8+9 号煤，直接充水含水层煤层顶板K2石灰岩，富水性弱。间接充水含水层为下伏中奥陶统峰峰组及上马家沟组岩溶裂隙含水层。 区内及邻区勘探资料表明，该区中奥陶统石灰岩岩溶裂隙欠发育，富水性较差，但水位较高，8+9 号煤层多处于奥灰水位以下，下部含煤组9 号煤层底板距峰峰组岩溶裂隙含水层为32.63～64.91m，岩性以泥质岩及含铝质岩为主，隔水性能较好，峰峰组一段可视为相对隔水层，因此8+9 号煤层勘探类型为三类一型，即水文地质条件中等的以顶板进水为主的岩溶裂隙充水矿床。 由于区内构造发育，隔水层厚度小，部分地段水文地质条件复杂，存在底板突水的危险。
4.3 奥灰水对矿井开采的影响
根据区内抽水试验资料， 本区奥陶系中统石灰岩水位标高在+792.57m，区内可采煤层多位于奥陶系石灰岩岩溶水位标高以下，处于带压状态。 根据《煤矿防治水规定》（底板受构造破坏的块段突水系数一般不大于0.06MPa/m， 正常块段突水系数一般不大于0.10MPa/m，）计算4 号和8+9 号煤层的突水系数，结果显示，勘查区内F5、F18断层以西，4 号煤层底板突水系数小于0.06MPa/m，为相对安全区，F5、F18断层以东4 号煤层底板突水系数间于0.06～0.10MPa/m， 处于突水临界区；8+9 西部煤层底板突水系数在0.06～0.10MPa/m 之间， 为突水临界区，东部煤层底板层突水系数大于0.10MPa/m，存在突水的危险。
由此看来上组煤受奥灰水影响较小，在可控范围，下组没受奥灰水影响较大，突水危险性较大，若要开采需要做大量防治水工作。
5 瓦斯、煤尘、煤层自燃倾向性、地温
5.1 在普查和详查阶段在钻孔中分别采取2、3、4、8+9 号煤层煤芯样，由山西省煤炭煤炭地质研究所测定了坚固性系数、瓦斯放散初速度及突出危险性综合指标，结果显示各煤层均有瓦斯突出危险。
5.2 本区各煤层均有煤尘爆炸危险， 最大火焰长度为10～160mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量为40%～85%，测试结果表明，各煤层均有煤尘爆炸危险。
5.3 根据本区西侧煤矿调查资料，煤自燃倾向性为Ⅱ类，自然发火期4～6 个月，对钻孔中2、3、4、6、8+9 号煤层煤的自燃倾向性测试结果表明，各煤层吸氧量0.57～0.78cm3/g，自然倾向性判定等级为Ⅰ类、Ⅱ类属自燃～容易自燃煤层。
5.4 本区在11 个钻孔中进行了简易测温，引用邻区赤峪矿井恒温带深度为30m，恒温带温度为14℃±，计算本区地温梯度为1.14～2.45℃/100m，属地温梯度正常区，从地温梯度的平面分布情况分析，以北部较高，南部较低。 当煤层埋藏深度超过895m 时出现以地温梯度为正常背景的一级热害， 当煤层埋藏深度超过1100m 时出现以地温梯度为正常背景的二级热害。本区拟建主井最大深度767m，上组煤大部分处于26 度以下，处于相对安全区，受地温影响较小。 下组煤开采深度大部分也未超过895m，地温影响也不大。
6 涌水量
本区主要含水层涌水量：
（1）奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水岩组
本区钻孔施工过程中未发现涌（漏）水现象。峰峰组与上马家沟组混合抽水试验，单位涌水量为0.236×10-3L/s·m，水位标高+792.57m。富水性差。
（2）太原组（C3t）石灰岩夹砂岩岩溶裂隙含水岩组
区内DT901 孔太原组石灰岩抽水试验，单位涌水量为0.73×10-2L/s·m，水位标高+923.12m，富水性差。 据赤峪勘查区704 等3 个钻孔的抽水资料，单位涌水量为7.06×10-5～6.77×10-3L/s·m，水位标高+766.16～789.98m，富水性差。本组在西部裸露地表，岩溶裂隙欠发育，钻孔简易水文观测未见涌、漏水现象。
（3）山西组（P1s）砂岩裂隙含水岩组
岩性以粉砂岩砂质泥岩为主，仅含少量中、细粒砂岩，含水层厚7.10～26.66m 中厚层状，均匀层理，少见裂隙，钻孔简易水文观测无异常。 区内DT901 孔抽水试验，单位涌水量为0.22×10-2l/s·m，水位标高+959.58m,赤峪勘查区3-103 孔等三个钻孔的抽水资料，单位涌水量为1.34×10-4～4.3×10-3L/s·m，水位标高+767.12～847.82m，富水性差。
由此看来本区各含水层，涌水量不大，对矿井开采影响较小。
7 结论及建议
结论：本区煤炭资源优良，但开采技术条件一般，总综合评价本区煤炭资源条件属于中等。 参照邻区，可以建设大型机械化矿井。
（1）本区可采煤层为中厚-厚煤煤层，2、3 号为大部可采，4、8+9 号为全区可采，煤质属低～中灰、低～中高硫、低磷、具较高热值和强～特强粘结性的焦煤，煤质较好，是良好的炼焦用煤，备案储量4.2 亿吨。 所以，本区煤炭资源赋存较好，适合建设大型矿井；
（2）本区为一走向NNE 的向斜，主体位于向斜西冀，沿走向发育正断层和次级背向斜，F2断层以东地层倾角一般为10～15°，向斜核部倾角5～10°，未发现岩浆岩和陷落柱，属中等构造。 由此可以看出，地层倾角小于25 度，断层走向单一，有利于采区划分和布置，有利于综合机械化采煤；
（3）本区矿体围岩主要为层状岩类的碎屑岩，工程地质条件中等，工程地质勘探类型为三类中等，应该做好顶底板维护管理工作；
（4）各煤层均具瓦斯突出危险性，煤尘具有爆炸危险性，各煤层具自燃倾向性，对矿井开采有一定的影响，应该严格按照煤矿安全规程要求进行瓦斯抽排放、防尘、防自燃工作；
（5） 区内各可采煤层多位于奥陶系石灰岩岩溶水位标高以下，处于带压状态。 所以应按照《煤矿防治水规定》要求，勘探阶段和建井阶段需进一步做好矿区水文地质工作，详细查明和评价奥灰水对矿井开采的影响；
（6）详查资料显示各主要含水层涌水量不大，但不排除局部因构造导水而发生突水事件，所以后期还应该做好水文地质补勘工作。
（7）建议在首采区做三维地震工作。
［1］ 北京中煤大地技术开发公司. 山西省文水县靛头煤炭勘查区煤炭详查报告[R].2013.
［2］GB 50215-2005 煤炭工业矿井设计规范[S].中国计划出版社,2006.
［3］ 国家安全生产监督管理总局 国家煤矿安全监察局.GB 50215-2005 煤矿生产安全规程[S].煤炭工业出版社,2011-2.
［4］国家安全生产监督管理总局.煤矿防治水规定(第28 号令)[S].煤炭工业出版社,2009-12-1.
［5］赵利安.采煤概论[M].徐州:中国矿业大学出版社,2011.
［6］国土资储备字[2013]176 号.山西省文水县靛头煤炭勘查区煤炭详查报告[R].矿产资源储量评审备案证明,2013-7-9.
