豫西煤田地温预测及类型划分探究

一、预测参数的选取

在区内煤田地温状况及控制因素分析的基础上，对测温资料分析，煤层标高在－1200米以浅的二1煤的温度进行了预测。

二1煤的温度（T）采用公式T＝To＋G·H计算。To为地表温度，G为地温梯度，H为二1煤埋藏深度。

二1煤埋藏深度为地面标高与二1煤底板标高之差。在已勘探资料；非勘探区根据浅部地层产状和区内构造推定；部分区利用1982年河南省煤田预测成果。

地温梯度选取如下几种情况：

（一）无测温资料勘探区

1.利用两侧地温地质条件类似的测温区的资料如偃龙煤田西部的郭村、偏桥两井田地质构造、水文地质条件与嵩山井田类似，故该两井田地温梯度采用嵩山井田的地温梯度值。禹县王英沟井田至梁北勘探区间，根据王英沟、李楼、梁北勘探区的地温状况推定。

2.利用井下出水点水温计算：诸葛井田已近地下水排泄区，水文地质条件与东侧井田已有差异，故利用掘进过程中所遇到的淋水区和小的出水点温度计算地温梯度。该区水温21℃，地表温度16.2℃，以出水点深度272米计算，得地温梯度1.76，取作1.8。

3.分析推定：三李井田位于荥巩煤田的东部，嵩山背斜的倾伏端。从地下水流场分析，本区处于地温异常的有利部位。地下水自西部进入井田后，由于受到北西向郭小寨断层的阻挡而汇聚。由于压力作用而于井田深部向浅部运移，沿三李断层一线上涌排泄，形成温泉泉群。因此沿三李断层一线以北地区，分析应有增温现象。由于地下水有集中排泄点，故增温范围有限，梯度最高应在近三李断层北侧的二1煤埋藏的浅部地区，以18－2孔太原组L1－3灰岩（埋深130～135米）的水温（22℃）计算地温梯度为4.3。该孔含水性好，单位涌水量3.019升／秒·米，渗透系数136米／昼夜，孔浅，抽水时压风机的影响及地下水上移的热量损失也较小，这个梯度可认为是较可靠的。区内东北郭小寨断层，西部李新寨断层受地下水影响最小，故朝这两个方向梯度降低。考虑背景梯度为1.5，断层上升盘梯度应略高，故这两处梯度推定为2.0。至于三李断层以南，由于水文地质条件变化，地下水运动方向自东向西，故深部仍采用背景梯度1.5。

（二）勘探区深部外围预测区：由于预测区位于二1煤分布的深部，故地下水活动的影响一般很小，若勘探区深部边缘梯度已趋稳定，在构造简单情况下（如偃龙、荥巩、登封煤田深部、均属单斜构造，无大的基底起伏存在）利用勘探区深部边缘的梯度经地形校正后使用。若勘探区深部梯度尚未稳定，则其外围区的梯度根据背景梯度变化给定。如新密煤田王口断层以北的荥巩煤田，背景梯度为1.5；大隗断层以南的新郑矿区，背景梯度为2.0；那么该两断层之间预测区，深部梯度选用1.5～2.0，自北而南逐渐增加。

构造复杂情况见于禹县煤田张得断层以南，存在褶皱隆起，这里有钻孔控制，故直接利用。

在各项参数确定之后，即可绘制地温平、剖面图、勾画出预测区二1煤地温状况。

二、预测结果

（一）已勘探区：区内无测温资料的已勘探区面积为310平方公里。预测临汝煤田庇山二井和河西陈勘探区的深部将存在局部热害；三李井田有热水活动，开采时若溃入巷道，也将造成热害，其他已勘探区一般无热害存在（表12－1）。

（二）煤田预测区：二1煤底标高－1200米以浅的含煤面积1505平方公里，预测热害区面积为1219平方公里，占总面积81%。其中一级热害近370平方公里，占总数24.57%；二级热害区849平方公里，占总面积56%（表12－2）。

表12－1　未测温勘探区地温预测表

三、地温类型的划分：

关于矿山地温型的划分，应遵循如下的原则，既能充分反映地温场的状况和成因条件，又要便于探求不同地温类型在勘探方式和降温措施方面的特点。(www.xing528.com)

结合豫西煤田的地温状况可分为两大类、三型。

类的划分是以是否存在热害为依准，划分为无热害类和有热害两类。热害的标准应按规范规定，开采煤层的底板温度在31℃以上者即为有热害区。所以作这样划分，是因为热害状况乃是矿山地温勘探的主要目的，热害的存在与否是决定地温勘探程度的前提条件。

型号的划分是以矿山地温的成因条件为依据。根据对矿区地温特点的形成起主要作用的热传递方式，划分有传导型（岩热型）、对流型（水热型）和混合型（岩热、水热型）。

应说明的是，这一划分是针对自然条件下，煤层温度在　31℃以内，应划归无热害类，煤层下状的地下水对矿区自然温场不构成重大影响，属传导型。但是深层水的水温一般都高于上部地层的岩温，在采掘过程中若溃入巷道，势必提高巷道温度，可能造成热害。这种因素是随机的，故不可能预先据此将其划归为有热害类对流型。

四、各型地温场特点：

（一）传导型（岩热型）：矿区地温场受岩石的热传导作用所控制。热源是来自地壳深部的热流，温场的变化特点取决于岩石在垂向上和侧向上的热导率变化，因此与当地的地质条件有关。可分两种情况：

1.构造简单区：在无大的基底起伏条件下，如水平或单斜构造区，地温梯度正常，接近或等于背景梯度，区域内梯度稳定，无大的增温（降温）区。煤层底板等温线大体与底板等高线一致，地温剖面图上等温线起伏平缓。地层的温度与深度呈很好的线性关系。如禹县煤田李楼井田、登封煤田马岭山井田。预测偃龙、荥巩、登封煤田勘探区深部多属此种类型。

2.构造复杂区：矿区基底存在有较大起伏，如背斜与向斜、隆起与断陷。来自深部的均匀热流在浅部由于岩石热导率的侧向变化而重新分配，形成局部的增温、降温区。地温梯度变化较大，梯度等值线与基底的起伏有很好的对应关系。在背斜轴部，隆起的顶部梯度大，地温高，在向斜槽部、凹陷区梯度小、地温低。如平顶山十三矿。

（二）对流型（水热型）：矿区地温场的形成与水对热量的对流传递有关。在正常的地热背景条件下，由于地下水活动，造成了热流的迁移和重新分配。地温场的特点与所在区的水文地质环境及水动力条件有关，取决于该区水岩热平衡状况。

补给区：水流下渗，地下水朝着等温线升值方向流动，不断吸收围岩热量降低岩温，地温场具有低温、低梯度、低热流特点。

径流区：地温场取决于径流方向和水交替强度。水流向地下深处或地层深部流动，造成降温；地下水由地下深处或地层深部向浅部运移，有可能造成增温，在地下水补给来源充足、水交替强烈的地段，造成降温。

排泄区：地下水活动所造成的增温区往往都出现在地下水盆地下游的承压排泄区内。这时地下水朝着等温线减值的方向运动，故将深部热量传递给浅部，造成增温。增温区的面积和增温幅度与排泄区构造封闭程度有关。当构造封闭程度较好，地下水以顶托渗透方式排泄时，可形成较大的地温异常。当构造封闭较差，地下水存在集中排泄点时，形成的增温区面积较小。由于张性断裂和裂隙对地下水的排泄往往起着控制作用，因此地温场的特征往往还表现了与构造的相关性。如梁北一井田高梯度区沿张性断层一线分布，新郑矿区高梯度区沿背斜轴部方向展布。

属对流型矿山，如谷山井田、瑶岭一上庄井田、方山勘探区、梁北一井等。

（三）混合型（水热、岩热型）：矿山地温场的特点是岩石的热传导作用（主要是构造的热效应）和地下水活动双重作用的结果。典型例子如新郑矿区。

表12－2　豫西煤田预测区地温预测情况