魏家峁露天煤矿7#、8#煤层可采性研究

2017-10-16张永贵刘宏宇石晓东叶永祥

露天采矿技术 2017年10期

关键词：露天煤矿泥岩间距

张永贵，刘宏宇，石晓东，叶永祥

（北方魏家峁煤电有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 017000）

魏家峁露天煤矿7#、8#煤层可采性研究

张永贵，刘宏宇，石晓东，叶永祥

（北方魏家峁煤电有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 017000）

通过钻探试验和槽探试验，掌握了7#、8#煤层赋存情况；运用SMCAD软件，计算出勘探区域煤层储量约22万t，剥采比约7m3/t；进行经济效益分析，开采7#、8#煤层露天煤矿可赢利约4 000万元。对其他矿山煤层可采性研究有一定的参考价值。

露天煤矿；7#、8#煤层；钻探试验；槽探试验；可采性

Abstract:Through the drilling test and trench test,the company masters the occurrence situation of 7#&8#coal seams.Using the SMCAD software,the article calculates that coal seam reserve is about 220,000 t in the exploration area and the stripping ratio is about 7 m3/t.For economic analysis,mining 7#&8#coal seams can profit about 40 million yuan,which has some reference value for the othermines.

Key words:open-pit coalmine;7#&8#coal seam;drilling test;trench test;admissibility

0 引言

随着供给侧改革进一步深化，煤炭限产政策执行数月已见其效，煤炭价格一路看涨。而魏家峁露天煤矿连续几月可采煤量严重不足，月销煤量长期低于其核定产能，产量不足成为制约企业收益的主要因素。此时，若能增加煤炭采储量，将会产生煤量、煤价双重效应，势必会极大程度增加企业的经济效益。基于以上考虑，露天煤矿技术人员对该矿的7#、8#煤层可采性进行了研究，以期对7#、8#煤层的开采决策提供理论支撑[1]。

魏家峁露天煤矿可采煤层为6#、7#、8#3层，主采煤层为6#煤层，7#、8#煤层为局部可采煤层。现6煤底板出露区域面积为28万m2，地质资料显示，其下部有7#、8#煤层，但地质钻孔间距过大，无法精确探知7#、8#煤层具体赋存情况。露天煤矿技术人员决定采用现场钻探、槽探等方法，对7#、8#煤层赋存情况进行进一步研究，来推断7#、8#煤层的可采性[2]。

1 地质资料研究

1.1 煤层概况

1）含煤地层。7、8#煤层和6#煤层同属石炭系太原组。太原组为海陆交互相沉积，由灰黑色泥岩、砂质泥岩、灰白色粗粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩，薄层深灰色粘土岩、灰色泥质灰岩及煤层组成。地层厚度变化在3.95～90.50 m，平均厚度为43.88 m。

2）水文地质和工程地质情况。石炭系太原组地层含裂隙砂岩承压水，是开采7#、8#煤层的直接充水含水层。7#、8#煤层上部为灰黑、深灰色砂质泥岩、泥岩夹灰白色砂岩，自然状态单轴抗压强度13.6～27.5 MPa，平均17.4 MPa，需爆破后再用设备采装。

3）7#、8#煤赋存情况。7#煤层位于6#煤层下部，紧邻6#煤层底板，煤层平均厚度1.02 m，局部可采。7#煤层厚度变化规律不明显。可采范围分布不规则，为全区大部分布、局部可采的不稳定煤层，为低中灰分、低硫分煤；8#煤层位于太原组的中下部，煤层平均厚度0.97 m，局部可采。8#煤层厚度变化趋势不明显，可采范围分布不规则，为局部分布、局部可采的不稳定煤层。

4）煤层储量。7#、8#煤均为推断的内蕴经济资源量。露天开采境界内7#煤地质资源储量为4 212.04万t，工业储量为3 790.84万t，可采储量为3 254.95万t；开采境界内8#煤地质资源储量为3 271.57万t，工业储量为2 944.41万t，可采储量为2 648.29万t。

5）煤质。7#煤层水分含量0.99%～6.01%，平均为3.99%，8#煤水分含量1.03%～5.72%变化，平均为3.16%；7#煤层灰分9.04% ～38.67%，平均为21.67%，8#煤层灰分7.97%～39.65%，平均值为21.66%；7#煤层硫含量为0.46%～3.85%，平均为1.18%，8#煤层硫含量0.30%～3.62%，平均值为1.00%；根据6#煤层实测发热量，推测7#、8#煤发热量在20.48 MJ/kg左右。

1.2 钻孔资料分析

现6#煤底板出露区域面积为28万m2，位于勘探线6#线与8#线之间，勘探线间距300 m，附近已有的钻孔为H49、H50、H51、H52、51、H56、H57、H58、H59、H60。钻孔的7#、8#煤层赋存情况：

1）H49钻孔：6#、7#煤煤层层间距8.2 m，夹层主要为砂质泥岩和粗砂岩，7#煤煤层厚度1.7 m，7#、8#煤层层间距2.25 m，夹层主要为砂质泥岩，8#煤煤层厚度1.4 m。

2）H50钻孔：6#、7#煤煤层层间距1.3 m,夹层主要为砂质泥岩，7号煤煤层厚度1.75 m，7#、8#煤层层间距4.1 m，夹层主要为泥岩、粗砂岩和砂质泥岩，8号煤煤层厚度1.7 m，8#、9#煤层层间距2.1 m，夹层为砂质泥岩，9#煤煤层厚度1.4 m。

3）H51钻孔：6#、7#煤煤层层间距11.3 m，夹层主要为砂质泥岩、粗砂岩和泥岩，7#煤煤层厚度1.75 m，7#、8#煤层层间距1.95 m，夹层主要为砂质泥岩，8#煤煤层厚度0.75m。

4）H52钻孔：钻孔未发现7#、8#煤。

5）51钻孔：6#、7#煤煤层层间距7.46 m，夹层主要为泥岩，7#煤煤层厚度1.69 m，7#、8#煤层层间距2.41 m，夹层主要为泥岩，8#煤层厚度0.81 m。

6）H59钻孔：6#、7#煤煤层层间距3.2 m，夹层为砂质泥岩，7#煤煤层厚度1 m。

7）H56、H57、H58、H60钻孔：钻孔未发现7#、8#煤。

1.3 钻孔剖面分析

现露出6#煤底板区域在6#勘探线与8#勘探线之间，根据6、8#勘探线经过的钻孔及断面图，6#勘探线上7#、8#煤均匀分布，煤量较多；8#勘探线上大部分钻孔未见7、8#煤，断面图上几乎无7#、8#煤。6#勘探线至8号勘探线，7#、8#煤由厚变薄、由有到无。经过8#勘探线向西南方向推进300 m后到达10#勘探线，10#勘探线7、8#煤均匀分布，厚度可采。从采坑位置来说，内排土场侧煤层较厚，向现采煤工作面逐步变薄灭失。

2 勘探试验

2.1 勘探目的

由于地质资料钻孔间距300 m，勘探间距过大不能精确表达7#、8#煤层赋存情况。故魏家峁露天煤矿进行了钻探和槽探。钻探手段查清7#、8#煤层赋存情况，槽探手段进一步验证7#、8#煤层赋存情况。勘探旨在查清7#、8#煤层埋藏深度、煤层厚度、煤层储量、含水情况，为分析7#、8#煤层可采性提供数据支撑，为7#、8#煤开采方案的设计提供理论依据[3]。

2.2 钻探试验

1）钻孔布设。钻孔间距的确定涉及技术和经济2个层面的因素，从技术角度考虑，钻孔布置越密集越有利于了解7#、8#煤层赋存情况；从经济角度考虑，钻孔布置密度约小所投入的成本越小。所以本着技术合理、经济可行的角度，选定钻孔间距为75 m，煤层较厚处进行加密[4]。

布设位置要求既不影响6#煤层的采装作业，又尽可能扩大布设范围。所以勘探区域边界距采场69 m，另外一侧在不影响内排土场稳定的前提下尽可能靠近内排土场。按照间距75 m原则共布设17个钻孔。其中H49、51、H51为原有勘探资料钻孔，1#-17#孔为此次试验所钻钻孔。钻孔布设如图1。

图1 实验钻孔位置分布图

2）试验方法。由于无专业勘探设备，不能实际提取岩芯进行观测，采用魏家峁露天煤矿现有DM 45型油钻钻探，孔径为200 mm。通过观察吹渣物料颜色来判断是否见煤；另外，利用煤层和岩层硬度不同的性质，观测钻机压力表、转速表情况，同等压力下转速表突增判别为钻头由岩钻到煤，转速表突减判别为钻头由煤钻到岩[5]。

3）试验记录。通过试验，技术人员和测量人员将每个钻孔的现场标高、7#煤层起止标高、8#煤层起止标高一一记录，钻探记录表见表1和各钻孔7#、8#煤顶底板标高见表2。

表1 钻探记录表m

表2 各钻孔7#、8#煤顶底板标高m

2.3 槽探试验

根据钻探情况，已基本确定该区域存在7#、8#煤并估计了7#、8#煤的埋深及厚度，为了更加准确的了解7#、8#煤的赋存情况，决定进行槽探[6]。

2.3.1 槽探设计

根据钻探结果，结合魏家峁开采现状，进行了7#、8#煤槽探设计。

1）槽探位置：将槽探位置选取在埋藏较浅、煤深较厚的1#、7#钻孔附近，坡道与内排坡道相接；

2）槽探流程：地面准备—穿孔爆破—采装；

3）槽探参数：斜坡长度80 m，坡度10%，槽底宽15 m，槽顶宽25 m，槽底长20 m，槽高12 m，槽距内排土场最小距离为8 m。

2.3.2 槽探工艺

1）地面准备。为了使运煤车辆与槽探工作互不影响，在槽探区域外侧用挡墙进行围挡。提前将此处排水管线进行移设在槽探影响区域之外。考虑到槽探区域曾用松散物料进行回填，所以先用采装设备将上层松散物料进行清理直至露出6#煤底板。

2）钻孔爆破。地面准备工作完成后，对槽探区域进行钻孔爆破。对槽探区域按设计深度进行钻孔，即坡道位置钻孔深度逐渐增加。钻孔参数为4 m×5 m，填塞高度为4 m，共钻进5排孔，采用松动爆破。为减少爆破队内排台阶的影响，在靠近内排台阶处钻进了一排缓冲孔。

3）采装.选用1.1 m3反铲、TR100矿用卡车进行采装。反铲站在剥离之上下挖，下部装车。矿用卡车将剥离物排弃在1 032 m水平。如能选采出7#、8#煤，将其单独堆放[7]。

3 7#、8#煤层开采可行性分析

3.1 勘探区域储量及剥离量

以钻探试验所得数据为基础，利用SMCAD软件计算勘探区域内的储量及剥离量，由于钻探机具非专业设备，无法提取岩芯，仅凭钻机吹渣物料来判断煤层厚度，误差较大，所以对7#、8#煤储量在原计算储量的数据乘以0.6的备用系数，再考虑96%的回采率，最终调整后7#煤毛煤量约为9万t，8号煤毛煤量约为13万t，剥离量为145万m3。

利用钻孔深度，计算剥离量145万m3。毛煤剥采比为6.59 m3/t。考虑6号煤底板部分区域已进行回填覆盖、7#、8#煤放坡等其他多余剥离量，所以实际剥采比应该大于计算剥采比，剥采比定为7 m3/t。

3.2 煤质分析

对槽探试验采出的7#煤层进行化验，化验结果见表3。

表3 7#煤化验结果

根据化验结果，7#煤发热量为20.68 MJ/kg，水分含量7.2%，灰分含量26.52%，硫含量0.68%。

3.3 7#、8#煤层开采优劣对比

1）优势：①7#、8#煤已缴纳资源税；②此区域属魏家峁露天煤矿已征地区域，无征地费用；③剥采比低于首采区平均剥采比，开采成本较低；④剥离物可就近堆放，运距极短。

2）劣势：①煤层薄，需多次爆破，选用小型剥采设备，开采难度大，各环节设备效率低，回采率也较低；②煤层非均匀分布，无法判别尖灭点，开采过程中可能增大剥采比；③露天煤矿现阶段排土紧张，开采7#、8#煤，内排土场释放空间慢，再加上给电厂设贮灰场，使得排土更加紧张；④7#、8#煤的开采使得运输系统变复杂，使得6#煤以上剥离内排运距增加。