急倾斜煤矿深部水平地质补勘在新集三矿的实践与应用

摘 要：为延长矿井服务年限，确保生产接替，新集三矿急需开辟深部水平用以解放深部煤炭资源。鉴于原有勘探工程严重不足，且受到井下开采及地面沉降影响，地面地质补勘工程无法开展，故决定由井下开展深部水平勘探。通过对该勘探方案的实施，查明井田深部地质及水文地质特征，掌握深部各主采煤层的赋存与构造发育情况，为深部资源的采掘设计与生产提供了依据。

关键词：急倾斜煤层；深部资源；地质补勘

1 矿井概况

国投新集能源股份有限公司三矿位于淮南煤田中段南部边缘，淮南复向斜谢桥向斜南翼、阜凤及其分支断层的断夹块内，属阜凤逆冲断层的上覆系统。受原始沉积条件及阜凤断层影响，随着矿井开采深度的增加，地质条件更加复杂，断裂构造发育，煤层赋存不稳定。

矿井采用立井集中大巷分区石门开拓方式，伪倾斜柔性掩护支架采煤法。现有两个生产水平，分别是一水平（-340m）和二水平（-550m）。-340m以上除受灰岩水影响的1、3煤、薄煤层、石门煤柱及残遗煤外已全部回采结束，二水平各采区也已开采近半。为了满足矿井生产接替和延长矿井服务年限，进行了深部水平地质勘探工作。

2 矿井地质及水文地质

2.1 矿井地质特征

井田内主要发育有第四系、第三系、二叠系、石炭系和奥陶系地层。主要含煤层段为二叠系山西组和上石盒子组，矿井可采及局部可采煤层分别为14煤 、13-1煤、11-2煤、8-2煤、8-1煤、6-1煤、3煤与1煤，其中13-1煤、11-2煤、8-1煤、3煤和1煤为主采煤层。

矿井总体构造呈轴向近东西的不对称倒转褶曲形态，其两翼倾向、倾角变化剧烈，上部正常翼倾向北，倾角陡（60～90°），断层稀少，构造复杂程度中等；下部倒转翼倾向南，倾角变化大，多为20～30°，少数50～70°，小断层较发育，且随着深度的增加地质条件更加复杂。

2.2 矿井水文地质特征

新集三矿为新生界松散层覆盖下的全隐蔽矿床，井田范围内的主要含水体有新生界松散层水、煤系砂岩（构造）裂隙水、灰岩溶裂隙水。

新生界松散层由第四系和第三系组成，第四系松散层赋水性强，q=1.429l/s.m、Kcp=3.8578m/d；第三系沉积层赋水性弱，q=0.00185～0.018l/s.m，k=0.00828～0.044m/d，可视为隔水层。

煤系砂岩（构造）裂隙水是影响矿井采掘的直接充水水源。砂岩总厚度约占煤系33%，但砂岩含水层普遍赋水性弱，q=0.0056～0.00998l/s.m，且以静储量为主，各含水层之间水力联系不畅。经多年疏放，二水平以上已基本被疏净，对矿井生产无安全威胁。深部水平地质及水文地质条件复杂，砂岩水没有得到疏放，巷道施工过程中若揭露大的导、含水断层，可能因构造造成集中出水，影响巷道安全施工。

太原组灰岩地层平均累计厚度约115m，共发育灰岩13层（C31～C313），灰岩累计厚度约占60%。其中，C33与C35岩溶发育，赋水性较强，水量丰富，单位涌水量q=0.278～0.5341L/s.m，导水系数T=162.58m2/d，储水系数U*=4.89×10-5，渗透系数K=13.558m/d。太原群灰岩存在浅部赋水性较强，深部赋水性相对较弱，层内水力联系较强，层间水力联系较弱等特点，是威胁1、3煤开采的主要含水层。

奥陶系灰岩与太原群灰岩水力联系密切，是1、3煤开采的间接充水水源，导水系数T=219.55m2/d，储水系数U*=5.08×10-4，渗透系数K=7.761m/d。

3 深部水平现有勘探情况

矿井深部水平开采范围东起西淝河大堤保护煤柱线，西到井田边界，上限到13-1煤-550m煤层等高线，下限到8-1煤-700m煤层底板等高线，走向长2100m，倾斜宽110m，面积约23万m2。该范围内可采煤层有13-1、11-2、8-1共三层煤，全部位于井田倒转褶曲下翼，地层倒转，倾向南。设计两个阶段，即-625m与-700m。

3.1 地面勘探工程

新集三矿原有勘探工程不足，尤其深部钻孔极少，井田深部地质控制程度很低，深部水平开采范围内仅有地质勘查钻孔4个，累计钻探工程量3819.05m，具体见表1所示。

3.2 井下勘探工程

（1）探巷：目前，已在深部水平施工巷探工程：-550m～-625m西四13-1煤探煤下山、-625m西四石门（13-1煤～11-2煤）、-625m～-550m西四11-2煤探煤上山、-625西四斜石门、-625m～-700m西四11-2煤探煤下山，-700m西四石门、-625m西四11-2煤探巷、-700m西四11-2煤探巷，累计巷探工程量2026m。

（2）井下钻探：利用深部水平巷道布置施工了28个探8-1煤、11-2煤及13-1煤的地质钻孔，累计钻探工程量2664.8m。

（3）井下水文地质钻探与物探：-700m西四～西五11-2煤探巷施工过程中，坚持“有掘必探”的防治水原则，采取超前钻探、物探相结合的手段，查明巷道前方及底板方向的地质、水文地质条件，确保巷道安全施工。

4 深部水平补充勘探

4.1 -625m补勘工程布置

沿-625m西四～西五11-2煤施工探巷，利用11-2煤探巷施工8-1煤与13-1煤探煤钻孔，每200m施工一组，原则上一组施工4个，平、仰、俯钻结合，要求分别终孔于8-1煤底板及14煤顶板。

4.2 -700m补勘工程布置

沿-700m西四～西五8-1煤施工探巷，考虑深部采区煤层赋存不稳定，如果8-1煤探巷不能沿8-1煤层施工，可利用现有巷道向北施工探煤石门至14煤顶板，再沿石门揭露的可采煤层向西施工探巷。

利用8-1煤探巷施工11-2煤探煤钻孔，每100m施工一组，原则上一组施工2个（1个平钻、1个仰钻），要求终孔于11-2煤顶板。

利用11-2煤探巷施工13-1煤探煤钻孔，每100m施工一组，原则上一组施工2个（1个平钻、1个仰钻），要求终孔于14煤顶板。

4.3 井下重直钻孔工程布置

由于巷探工程进度较缓慢，在深部水平自东向西进行巷探的同时，利用-550m水平的西五、西六石门布置井下立钻，向-700m标高施工5个地质勘探钻孔，其中在-550m西五石门附近施工3个，-550m西六石门附近施工2个，具体见表2所示。-550m西五井下立孔钻孔布置剖面见图1所示。

4.4 -700m水文地质超前钻探及物探

-700m西四～西五11-2煤探巷掘进期间，由于系新水平新采区开拓巷道，必须坚持“有掘必探”的防治水原则，采用超前钻探、物探相结合的方法，查明巷道掘进前方及底板方向的地质、水文地质情况。其中超前钻探每组至少施工3个超前探测孔。

5 结束语

急倾斜煤层地层倾角大，地面钻探施工难度较大且效果差，特别对于生产矿井，随着开采深度增加，开采范围内深部煤层对应地表多为塌陷区，利用地面补充钻探钻孔穿过整体移动带，容易掉钻、垮孔，造成报废工程。结合矿井实际情况，本矿采用井下巷探、钻探与物探相结合，并辅以井下立钻等多种勘探手段进行深部地质补勘，勘探程度高，效果明显，基本查明了深部水平开采范围内的煤层赋存情况及较大构造发育规律，可以指导采掘设计与生产；此外，所施工探巷作为开拓工程，可直接服务于深部水平生产，在技术经济上是可行的。新集三矿深部水平地质补勘方案的成功经验能在同类矿井中推广应用。

作者简介：孙学兴（1985，10-），男，安徽桐城人，本科，助理工程师，2008年毕业于安徽理工大学地质工程专业，现从事矿井地质技术及管理工作。