神华地质勘查有限责任公司 北京市 102211
摘要：活鸡兔井是神东煤炭集团大柳塔煤矿的两座特大型现代化矿井之一。矿井地质工作是煤矿生产建设重要的基础性技术工作，为了适应煤炭企业新发展，进一步规范煤矿生产矿井地质工作，课题组对活鸡兔矿井内地层、构造、煤层煤质、水文地质及其它开采技术条件等方面进行分析、研究和总结，保证煤炭资源的合理开发利用，为矿井安全生产计划的制定及发展规划提供充分可靠的地质依据。
关键词：活鸡兔煤矿；煤炭资源；地质勘查
1.绪言
活鸡兔井田位于陕西省与内蒙古自治区交界处的陕西一侧，属神木县中鸡乡管辖。地理座标为东径110°7′50″～110°16′28″，北纬39°11′27″～39°16′49″。井田边界西北以活鸡兔沟主河道为界，西南以274.5.46号钻孔连线为界，东南以57号钻孔与束鸡河三角点连线为界与朱盖塔井田相接；东北以乌兰木伦河主河道为界，与大柳塔井田毗邻。面积63.784km2。井田构造复杂程度综合评价为简单构造。煤层稳定程度综合评价为稳定。含煤地层为中下侏罗统延安组，含煤地层平均总厚209.23m，含煤五组11层，煤层平均总厚22.27m，含煤系数为10.64%；煤质特征为特低灰、低硫～特低硫、低磷～特低磷，中高挥发分，中高热值、不具粘结性。可采煤层7层，即1-2上、1-2、2-2上、2-2、3-1、4-3、5-1煤。井田水文地质条件中等，工程地质条件中等，环境地质质量中等，煤尘具有爆炸性危险，煤的自燃倾向为易自燃，属地温正常区域。
2. 地质勘查与煤矿地质工作
1991年后，陕西煤田185地质队、神华地质勘查有限责任公司（原北遥公司）、神东煤炭集团地测公司等施工的钻孔。其中：陕西煤田185地质队施工的煤层质量比较高，可满足本次生产矿井地质报告编制要求，本次报告利用；神华地质勘查有限责任公司（原北遥公司）、神东煤炭集团地测公司施工的钻孔其煤层成果质量验收未能按相关规程执行，分析认为钻孔原始资料编制较为完整，施工钻孔均进行测井工作，测井成果资料较高，在本次报告编制中给予利用。
本次报告编制中，在充分地利用已获取的钻探地质成果的同时，又能积极地将地震成果资料结合在一起进行分析研究，并重视矿井实际揭露的地质成果；各个资料出现不协调时，以矿井现场成果资料为准。在报告编制后期项目组邀请专家进行了研讨，对提高报告编制质量起到了积极作用。
活鸡兔煤矿生产矿井地质报告编制中利用308个钻孔资料（其中矿权内利用钻孔291个）、地震成果资料及大量的生产成果，本次报告编制中的原始资料是十分充足的。存在的难度：各期地质资料及生产资料均显得十分零乱，收集和整理工作繁杂，花费了大量时间、精力、人力。
3. 地质概况
3.1区域地质概况
1、区域地层。矿区属陕北侏罗纪煤田，地层区划属于华北地层区，陕甘宁盆地分区。矿区在三叠系高低起伏不平的剥蚀面上，沉积了下侏罗统富县组，起到填平补齐作用，之后开始了最重要的聚煤作用，沉积了延安组含煤地层。此后，广泛发育了中侏罗统直罗组和安定组的灰绿、紫红色河湖相沉积。中侏罗世之后，燕山运动使本区抬升，因而缺失了晚侏罗世以后的中生代沉积。新生代则沉积了岩性变化较大，分布不均匀的松散沉积物，广覆于各基岩地层之上。
2、区域构造。矿区位于鄂尔多斯台向斜宽缓东翼北部—陕北斜坡上。矿区处于基底稳固、盖层甚厚、构造稳定的盆地内部，地史上历次构造运动的影响甚微，表现以缓慢垂直升降运动为主，形成一系列的沉积间断假整合面，断层稀少，构造简单。地层为缓西倾的大单斜构造，倾角l°左右，坡降5-l7‰，地层十分平坦。
3、区域岩浆岩特征。区域内未见岩浆活动和变质作用。
3.2井田地质
1、地层。活鸡兔煤矿位于神木北部矿区西北部。地表大部被第四系覆盖，沿乌兰木伦河与活鸡兔沟、脑高补拉庙沟、束鸡河等沟谷有含煤地层及其上覆基岩出露。井田内含煤地层为中下侏罗统延安组，平均厚度为209.23m。延安组含煤五组11层，有对比意义9层，其中1-2上、1-2.2-2上、2-2.3-1.4-3及5-1煤为可采煤层，1-1.5-1下为不可采煤层，但有连续成小片的可采区。单层煤平均厚最小0.96m，最大7.72m。可采煤层总厚度自东向西变薄，自南向北增厚，至1-2煤火烧区，因1号煤组火烧，使煤层总厚度急剧减薄。7层煤总厚度为24.11m，最小为7.87m（因1-2煤火烧），平均17.02m。在1-2煤火烧区可采煤层的总厚度为9.66m，而在1-2煤分岔区，可采煤层总厚度平均为19.25m。含煤系数变化规律与此一致，最高达11.9%，最小2.6%，平均含煤系数8.02%，在1煤组火烧区内平均含煤系数为4.3%，在1煤组分布区平均含煤系数为9.22%。
2、构造。本井田位于矿区西北部，构造形态与矿区构造趋势基本一致，是一个缓西倾的单斜构造，倾角1度左右。在此背景上又发育有次一级宽缓的、呈“Ｓ”状展布的波状起伏，翼宽250m至800m不等，幅高5至10m左右，井田内构造简单。井田内的断裂构造不太发育，主要以断层和裂隙两种形式出现。
4.探采对比
本次地质勘查与1991年全国矿产储量委员会审查批准的《陕西省陕北侏罗纪煤田神木北部矿区活鸡兔井田勘探（精查）地质报告》和2004年国土资源部评审备案的《陕西省陕北侏罗纪煤田神木北部矿区活鸡兔煤矿资源储量复核报告》进行探采对比。
4.1煤层
1、煤层对比。在已采的区域井巷揭露的煤层延展规律及稳定性与勘探成果基本一致。煤层底板标高略有不同，如207综采工作面在727测点、713测点处，煤层底板标高1110m、1115m，而煤层底板等高线在此点的标高为1113.4m、1119.65m，相差3.4m、4.65m；如209综采工作面在9-24测点处，煤层底板标高1110m，而煤层底板等高线在此点的标高为1113.34m，相差3.34m；如204工作面在M7测点、M10测点和M23测点处，煤层底板标高1115m和1130m，而煤层底板等高线在此点的标高为1117.7m、1118.1m和1134.1m，相差2.7m、3.1m和4.1m；如208工作面在H20测点、H22测点、H28测点、K38测点处，煤层底板标高分别为1115m、1120m、1125m、 1135m，而煤层底板等高线在此点的标高分别为1118.508m、1123.952m、1129.988m、1137.677m，分别相差3.508m、3.952m、4.988m、2.677m；如309工作面在1163测点处，煤层底板标高1125m，而煤层底板等高线在此点的标高为1131.201m，相差6.201m。说明勘探时在已采区域的煤层对比是基本可靠的。
2、煤层厚度。在已采区域井巷揭露的总体煤层厚度与勘探成果基本一致。如12305工作面于2008年回采，在12305工作面H74号钻孔附近，揭露煤层平均探煤点厚度分别为4.16m（5个探煤点），而钻孔为4.26m；12306工作面于2009年回采，在12306工作面H64号钻孔附近，揭露煤层平均探煤点厚度分别为5.50m（4个探煤点），而钻孔为5.91m；12309工作面于2010年回采，在12309工作面39号钻孔附近，揭露煤层平均探煤点厚度分别为4.71m（4个探煤点），而钻孔为5.00m；12310工作面于2010年回采，在回采至左12310回风顺槽32联巷276号孔附近时，揭露煤层厚度为4.90m，而钻孔为4.89m，煤层的厚度，分布稳定。
在冲刷构造带等地质构造的区域，煤层有变薄的现象。勘探揭露冲刷构造带规模较小，一般宽0.1～10m之间,以小型的占绝大多数,煤层厚度的减少幅度一般在0.5m之内；工作面冲刷带探测及井巷揭露的规模较大，一般宽9～390m之间,煤层厚度减少幅度一般在0.50～2.30m之间，以小于1m左右的居多。勘探揭露与探测、井巷揭露冲刷构造带情况不一致，但冲刷带煤层厚度减少幅度大的区域面积不大，对煤层总体影响不大。
3、煤层结构。在已采区域井巷揭露的煤层结构基本与勘探成果基本一致，局部（如1-2煤复合区的上分层）煤层中出现厚0.01～0.05m的夹矸(或高灰煤,即煤层中含有豆状菱铁矿颗粒)是原勘探成果中未反映的，对煤层开采无大影响，只较低程度上影响煤质。
4、煤层面积。本区现开采的1-2.2-2两层煤的近沟谷地带出现大面积火烧。勘探中用磁法勘探结合钻探验证方法进行圈定，经井巷工程的验证，该火烧边界的圈定是准确的；回采工作面揭露和钻孔资料相对比，煤层厚度、结构相吻合，顶底板岩性基本一致，证明勘探资料可靠、准确。
4.2煤质
活鸡兔煤矿开采煤层即1-2上煤层、1-2煤层、2-2煤层，开采工作面、巷道煤质情况（见表4-1）。
活鸡兔煤矿实际回采工作面煤质化验数据因煤层结构有稍微差别，采样方法、采样位置等不同，灰分（Ad）、全硫（St,d）、发热量 （Qnet,d）等煤质情况与勘探阶段煤层煤质情况有一定变化，即：勘探阶段原煤灰分综合平均值在6.75～10.52%之间，开采阶段灰分综合平均值在6.90～9.50%之间；勘探阶段原煤硫分平均值在0.35～1.39%之间，开采阶段硫分综合平均值在0.40～1.40%之间；勘探阶段原煤发热量平均在28.17～28.74MJ/kg之间，开采阶段发热量综合平均值在24.12～24.98%之间。
4.3 地质构造
勘探揭露冲刷构造带规模较小，一般宽0.1～10m之间,以小型的占绝大多数,煤层厚度的减少幅度一般在0.5m之内；井巷、工作面冲刷带探测中揭露冲刷带规模较大，冲刷带地段煤层厚度一般为3.3-3.8m，局部煤层厚度为1.64-2.80m，煤层厚度减薄幅度一般小于1米左右，局部煤层减薄可达2米多，冲刷带宽度一般为几米至几十米，局部地段宽达百米至几百米，冲刷延伸长度长达千米至几千米。井巷、工作面冲刷带探测揭露与勘探揭露冲刷构造带情况不一致，对开采造成一定影响。
井下实测煤层倾角1～3°，倾向SW，地层呈近水平的单斜构造，沿地层走向、倾向有宽缓的波状起伏，总体属简单构造类型。与勘探资料基本一致。
井下实际揭露岩煤层未见岩浆活动影响，与勘探资料基本一致。
4.4水文地质
矿井生产含(隔)水层特征、水文地质条件、充水因素、地下水的补径排条件，与勘探情况基本一致。通过活鸡兔煤矿近几年矿井实际涌水量与原勘探报告预计涌水量进行分析对比，勘探报告中预计的正常涌水量小于矿井的实测量(正常涌水量随着开采面积的增大,还会有所增大)，矿井的实际涌水量与勘探报告预计的涌水量不符，按目前矿井涌水量划分，活鸡兔煤矿水文地质条件应为中等类型。
4.5工程环境地质
精查报告将1-2煤、2-2煤层顶板同划归Ⅱ类中等冒落型，井巷揭露区的煤层顶板情况说明两层煤的顶板稳定性是有差异的，2-2煤层顶板中裂隙（俗称滑面）发育，巷道中的冒高常达1～2m，造成支护困难，顶板稳定性较差。而在1-2煤层顶板中裂隙不发育，顶板稳定性较2-2煤层要好。滑面常发育在泥质岩石发育区域，煤层顶板中有较厚的泥质岩层石是发育滑面的主要原因。
矿井采煤后地表塌陷造成地表原有形态改变，地表出现更多的移动面松散物，对地表植被生存有影响；造成地表潜水沿裂缝向深层渗漏，导致疏干地下水或使地下水位下降，影响居民用水。
4.6其他开采地质条件
1、瓦斯。本矿井属低瓦斯矿井，生产中未出现瓦斯突出，通风正常时瓦斯含量甚微，个别通风不畅地段检测有害气体浓度超标。采掘实际揭露瓦斯鉴定结果，矿井瓦斯相对涌出量和矿井瓦斯绝对涌出量，矿井二氧化碳相对涌出量和矿井二氧化碳绝对涌出量，与勘探报告瓦斯成果基本一致。
虽然是属瓦斯矿井，生产中未出现瓦斯突出，随着开拓深度的增加瓦斯含量可能发生变化。因此在开采过程中应予以足够的重视。
2、煤尘。矿井开采煤层煤尘具有爆炸性，生产过程中采取了喷雾洒水等降低煤尘措施，未发生煤尘爆炸事故。
3、煤的自燃。根据以往地质勘探结果，煤层为易自燃煤层；根据生产矿井资料，主要可采煤层皆为易自燃煤层，矿井开采过程中采取了清除浮煤、密闭采空区等措施。
4、地温。无地热异常，与勘探报告成果基本一致。
5.结论
5.1主要成果
1、本区地层为一个缓西倾的大单斜构造，倾向SW、倾角1度左右，无明显的褶曲构造，仅沿走向发育宽缓的波状起伏；区内尚未发现落差大于50m的断层，矿井生产和地震勘探中发现其小断层较为发育。本区地质构造属简单类。
2、区内发育可采煤层7层，其中主要可采煤层4层，即：1-2上煤层、1-2煤层、2-2煤层和5-1煤层；1-2煤层为厚煤层，其余为薄～中厚煤层。可采煤层主要为低变质的不粘煤和长焰煤，煤质变化小。各煤层均属于特低灰、低硫—特低硫、低磷-特低磷，中高发热量的优质动力用煤和化工用煤。
3、本区为全掩盖型，构造简单、主要可采煤层为稳定性，确定本区勘探类型为一类一型。
4、根据《煤矿防治水规定》，按照就高不低的原则，将活鸡兔井水文地质类型划分为中等型矿井。
5、本矿井属瓦斯矿井，各煤层煤尘具有爆炸性，主要可采煤层易自燃。
6、岩体的稳定性较差～中等，工程地质勘查类型为Ⅰ类易冒落型～Ⅱ类中等冒落型，工程地质条件简单型～中等型。
7、矿井地质条件分类：井田构造为Ⅰ类、煤层稳定性为Ⅰd类、其它开采地质条件为Ⅰc类，因此该矿井地质条件类别界定为Ⅰ类矿井。
5.2建议
1、本矿井岩石力学性质较差，可采煤层顶底板岩石稳固性差、强度低，易发生冒顶现象。在今后开拓中应引起高度重视，确保煤矿安全生产。
2、加强矿井水文地质工作，对井下所见涌突水点及出水点部位，进行详细记录，分析其涌突水及水量变化原因，设立长期观测站定期进行观测，建立矿井涌水量与开拓量台帐。同时对井田内及周边地表水系、水体及地面水文观测钻孔进行定期观测，以了解水量、水位变化，分析矿井生产对其的影响程度。
3、虽然本矿瓦斯含量较低,但随着煤矿开采深度的增加，煤层瓦斯涌出量有增大的趋势，建议煤矿生产中加强对瓦斯的监测。
4、煤尘有爆炸危险性,应采取切实有效的防尘、降尘措施，保证井下通风畅通。防止煤自燃,以预防多种灾害耦合形成重大事故。
5、浅煤层开采形成的地表裂隙为煤自燃提供了通风供氧条件，应注意采取有效的封堵措施等，确保煤矿安全生产。
6、坚持井下矸石的排放工作，尽量把所有井下矸石用于井下充填，减少地面的排弃量，必须排弃的矸石，排在专设的矸石埸。通过2006年至2012年上半年矸石的井下排弃，很大程度上减少了地面的排弃量，保护了生态环境。
7、重视经常性的地质工作，加强对井下小构造和隐蔽构造的预测。建议将分属于各个部门的地质资料（煤质、瓦斯、自燃、煤尘、地温及各次补勘成果等）归属于专门机构汇总，保证各类地质资料的完整性。
8、矿井周边有多个已关闭小煤矿分布，建议加强对小煤窑采空区积水、煤层自然等情况的监测与治理工作，防止汛期水及小煤窑水对矿井的威胁。
论文作者:王亮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/12
标签：煤层论文; 矿井论文; 工作面论文; 地质论文; 钻孔论文; 井田论文; 厚度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第30期论文;