浅析风氧化带规律研究增加工作面可采储量

张广君

（兖州煤业股份有限公司南屯煤矿，山东 济宁 273515）

1 矿井基本情况

南屯井田位于山东省邹城市西部北宿镇境内，西部与里彦井田相邻，西北部与鲍店井田相邻，东北部与东滩井田相邻，南部与北宿井田相邻，井田东西长10.5km，南北宽6.2km，面积51.6906 km2。南屯煤矿于1973年12月投产，设计生产能力150万t/a，2003年核定生产能力400万t/a，2015年重新核定生产能力300万t/a。采煤方法为一次采全高采煤法，主要采煤工艺为综采，1994年3上煤开始综放，主采煤层为二迭系山西组3上、3下煤层，煤层倾角3～20°，平均9°。

南屯煤矿投产后一直开采上组煤3上层煤和3下层煤，经过40多年的开采，截至2017年底矿井保有资源储量为22054.1万t，储量为3389.1万t，基础储量为9294.5万t，资源量为12759.6万t，剩余有效可采储量2388.9万t。根据矿井资源条件，2017年后产量将逐步调减到260万t/a以下，矿井尚可服务9年。

煤层的风氧化带：风氧化带深度受控于埋藏深度、煤层顶板岩性、岩石裂隙发育程度和盖层的岩性等因素。煤层的风氧化带一般分布在基岩强风化带内，在基岩弱风化带内煤层的煤质一般没有影响。风化带是依据井田内风化厚度（约10m）确定的，即剖面上从侏罗系（J3）底界向下约10m划为风化带，在此之间的煤为风化带煤，同时又由井巷工程控制，风化带内的3上、3下煤厚度一般都在0.50m以下，多数是只见煤层的层位而无煤层存在。氧化带是根据近几年矿井生产过程中通过井下观察而确定的，由于缺少钻孔的控制，只能由井巷工程控制并加以适当推断，其中3上煤以煤厚4.00m作为氧化线，3下煤以煤厚2.50m作为氧化线，6煤在可采范围内以煤厚0.70m作为氧化线，临界可采范围内以煤厚0.60m作为氧化线。3上煤层风氧化带在本区分布范围广泛，主要分布在矿井西部、北部、南部及东南部地区，呈三面环绕趋势。风氧化带为棕黄色和紫红色，顶部多为灰色及灰白色。带内风化裂隙和构造裂隙较发育，在裂隙两侧常出现铁锈紫色、白色黏土物质沉淀。带内的岩层其岩石力学性质有很大的变化，强度大大减弱。

2 风氧化带规律研究

南屯煤矿经过40多年的开采，有效可采储量逐渐减少。为延长矿井生产年限，尽可能多的回收煤炭资源，保障矿工的收入来源，通过进行煤矿风氧化带的规律研究，增加矿井边缘地带的工作面可采储量，是解决此问题的一种有效方法。

2.1 73上27工作面情况

南屯井田西部、北部及南部3煤均存在风氧化现象，由于上部覆盖侏罗系及第四系，在地表无出露，根据相关规定及要求未设置保护煤柱，不影响风氧化带内煤层开采。

73上27工作面地面标高+41.32m～ +42.14m，地表均为农田，无水系通过，北部靠近罗泗线、罗杏线35kV高压线，西部靠近白马河，东部有多栋房屋零星分布，南部约168m为济邹新路位置。工作面标高-291.1～ -348m，平均-319.55m，南西高，北东低。3上煤厚5.65～2.0m，平均5.14m。煤层倾角2～8°，平均5°。73上27工作面位于七采区西北部，南侧下伏为73下22采空区，工作面东侧七采西部轨道，工作面北、西、南三面紧靠3上煤风氧化带，工作面开采3上煤。由于该区域地质钻孔较少，控制程度较低，风氧化带范围控制程度不够，给工作面的正常布置及生产造成了一定影响。

2.2 73上27工作面风氧化带研究

矿井地质构造也是影响煤炭资源回收、降低产量的因素之一，特别是风氧化带附近的地质构造严重影响对风氧化带的研究工作，有时因为地质构造会造成对风氧化带位置和范围的误判甚至是错判。南屯煤矿现场已进入矿井深部或矿井边界地质条件较复杂地段，断层多，落差大，因此需对影响采区设计的异常地质构造进行高分辨率三维地震勘探，以提供较可靠地质资料，从而能够较准确的判断风氧化带的情况便于优化工作面设计。对于地质较复杂回采工作面，采用KWT-E型无线电波坑透仪、KDZ1114-Ⅲ地质探测仪等超前查明工作面内地质构造发育、煤层赋存情况等，能够摸清工作面可采储量，提高煤炭资源回采率。

73上27工作面轨顺揭露物探断层DF3时，由于顺槽靠近3上煤层风氧化带加之受断层影响，出现了顶板风化现象较为明显及煤层急剧变薄的现象。巷道向前推进20m，煤层变薄的趋势仍不见好转，此时煤厚仅20cm，顶板风化现象更加明显。根据现场情况分析，预计工作面已完全进入风氧化带内，巷道已无施工的必要。但考虑到该区域风氧化深度较浅，该断层下盘煤层情况不能确定。

对73上27工作面相邻区域的三采区33上17工作面、七采区73上25（西）工作面同样靠近3上煤风氧化带，并已通过巷探验证风氧化带变化的规律情况分析，此处煤层的变薄是渐变的、循序渐进的，并没有出现急剧变薄的现象。从上述资料判断此时73上27工作面巷道仍未完全进入风氧化带内，更多的是受断层影响出现的煤层变薄现象。决定对巷道迎头采用钻探进行验证，验证后巷道在钻探位置向前推进了18m后煤厚又恢复了正常，从而摸清了风氧化带的分布范围，详见图1。

图1 73上27工作面平面图

3 取得的成效

根据矿井风氧化带的研究成果，开采矿井边角煤可以将工作面尽量布置在煤层风氧化带边缘并布置成不同形状，分别采用刀把形、阶梯形（开小切眼与大切眼合茬）、扇形旋转和楔形等多种形式布置工作面，并最大限度地开采回收矿井边角煤煤炭资源。

采用槽波地震勘探的技术手段结合钻探进行验证，能够基本摸清该矿风氧化带的分布范围。通过风氧化带变化规律研究及钻探验证，73上27工作面不规则布置的设计，工作面可采储量由34.1万t增加到41.78万t，工作面增加了可采煤炭储量7.68万t，为该矿创造的经济效益超过了2000万元。

4 结语

该工作面风氧化带分布规律的研究表明，对于风氧化带分布规律的认识的偏差，将给工作面的正常布置带来较大影响，造成煤炭资源的浪费和经济损失，只有打破常规思维，综合考虑影响风氧化带分布的各种因素，结合应用钻探及巷探等手段，才能查清风氧化带的详细分布规律，指导矿井生产。对于风氧化带露头分布较广的矿井，如果能够摸清风氧化带的分布规律，不仅能增加工作面开采储量，创造巨大的经济效益，还能延长矿井服务年限，带来较大的社会效益。