小窯區(qū)呆滯煤量綜合探查技術(shù)的研究與應(yīng)用

白玉峰

（同煤集團(tuán) 云崗礦，山西 大同 037017）

1 概述

云崗礦已開采40多年，隨著前些年開采規(guī)模的擴(kuò)大，資源接近枯竭，采掘嚴(yán)重失調(diào)。在80、90年代，井田內(nèi)及周邊存在36座小窯，目前除少數(shù)整合，大多數(shù)均已關(guān)閉。當(dāng)時(shí)煤價(jià)暴漲，小窯區(qū)越層越界現(xiàn)象嚴(yán)重，開采布局極不合理，采煤方法落后，回采率極低，造成大量資源浪費(fèi)，小井關(guān)閉后留下許多呆滯煤量。如何在小窯區(qū)尋找煤炭資源且二次開拓呆滯煤量，關(guān)系到緩解銜接緊張局面，延續(xù)礦井服務(wù)年限。資源開拓前提條件就是進(jìn)行水文地質(zhì)探查，而采用全覆蓋立體式網(wǎng)絡(luò)綜合探查技術(shù)是小窯邊區(qū)資源回收的有效途徑和技術(shù)保障。

2 礦井311盤區(qū)狀況

311盤區(qū)西部，地表平坦，構(gòu)造不發(fā)育，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，賦存穩(wěn)定，可采煤層共四層，上覆7#、8#煤層本礦已分別于2005、2010年盤區(qū)開采結(jié)束；11-1#、11-2#煤層在本區(qū)屬于近距離煤層合并區(qū)，分別于2005年、2010年開采，至今已將結(jié)束；其北部和西部臨近城區(qū)解放煤礦和新榮區(qū)上深澗煤礦，兩座煤礦均于2009年資源整合關(guān)閉，后被中煤整合重組，退出關(guān)閉，整合前兩煤礦襲奪資源，均越層越界該礦11#煤層。據(jù)訪查圖紙資料顯示，上深澗礦有兩條盤區(qū)巷伸進(jìn)該礦并穿過郭家坡村保護(hù)煤柱，直插該礦311盤區(qū)，具體破壞程度不詳，存在安全隱患并嚴(yán)重影響著該礦的311盤區(qū)工作面銜接接替。同時(shí)，根據(jù)兩礦提供的原始地質(zhì)資料和年產(chǎn)量與開采年限推算，兩礦破壞造成的呆滯煤量估算如下：解放煤礦預(yù)計(jì)3.0 Mt，上深澗煤礦預(yù)計(jì)2.0 Mt，具有可觀的回收價(jià)值。

3 綜合地質(zhì)勘探方法的應(yīng)用

礦產(chǎn)開采離不開地質(zhì)勘探，各類勘探方法功能不同，其應(yīng)用范圍也存在一定的局限性，單一的勘探技術(shù)無法獲得全面的地質(zhì)信息，只有將各項(xiàng)勘探手段有機(jī)結(jié)合，從立體交叉上對(duì)目標(biāo)進(jìn)行全面覆蓋，才能提供科學(xué)可靠的地質(zhì)信息，圖1為全覆蓋立體式綜合探查技術(shù)流程圖。

3.1 點(diǎn)狀層間垂向勘探

基于小窯關(guān)閉后采掘范圍初步控制，為11#煤層開拓提供了小窯較為準(zhǔn)確的采掘現(xiàn)狀，在利用現(xiàn)有訪查圖紙資料，充分考慮小窯開采方法、布置方式、房柱跨度等因素后，在8#層掘進(jìn)時(shí)對(duì)應(yīng)下伏11#煤層進(jìn)行了點(diǎn)狀層間補(bǔ)充勘探。，在2005～2008年期間共施工了地質(zhì)鉆孔78個(gè)，共發(fā)現(xiàn)兩處為11-2#煤層探空區(qū)域，后在探空區(qū)域進(jìn)行加密搜索探鉆，補(bǔ)充了20個(gè)，其中17個(gè)均為11-2#煤層探空，經(jīng)分析初步確定北部距311巷600m以外為小窯采空區(qū)，90～110 m范圍為兩小窯盤區(qū)巷，為后期開拓部署、工作面設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

3.2 線狀超前多角度鉆探

在初步確定小窯范圍的基礎(chǔ)上，我礦在311西部上述兩層煤共設(shè)計(jì)了六個(gè)工作面，由于近距離煤層，層間距0.2～3.0m，先掘進(jìn)11-1#煤層工作面，掘進(jìn)時(shí)在同層有掘必探的基礎(chǔ)上，增加向下伏11-2#煤層進(jìn)行超前探鉆，同時(shí)采取多方位、多角度、對(duì)拉式探鉆，探鉆孔數(shù)1100個(gè)，鉆探進(jìn)尺50000 m。在11-1#煤層81123工作面探測(cè)中發(fā)現(xiàn)90～450m下伏11-2#煤層兩條小窯空巷和一個(gè)小型采空區(qū)與東西向盤區(qū)相連；在51121對(duì)小窯盤區(qū)巷施工了同層探放，放水量3500m3，消除了81123工作面水患；在51125掘進(jìn)通過側(cè)向下伏探測(cè)，發(fā)現(xiàn)距巷西部3～8 m下伏11-2#煤層存在小窯破壞區(qū)，215～230 m兩條盤區(qū)巷道末端伸進(jìn)51125巷1m。311西部多角度鉆孔施工成果及小窯推測(cè)現(xiàn)狀見下頁圖2。

3.3 面狀井上下物探

地表物探：由于小窯破壞情況的復(fù)雜性和不確定性，遵循“物探先行、鉆探驗(yàn)證”的綜合探測(cè)手段，云崗礦在2014年與中國(guó)煤炭總局合作，在地表采用先進(jìn)的瞬變電磁法對(duì)311盤區(qū)西部7#、8#、11-1#、11-2#煤層進(jìn)行了面狀物探，通過對(duì)采集數(shù)據(jù)和平面切圖綜合分析，由于小窯破壞區(qū)、采空區(qū)煤巖層原始應(yīng)力平衡遭破壞，頂板巖層斷裂、破碎、沉陷、冒落程度不同，電阻率變化范圍較大，且呈次高阻反映，采空區(qū)強(qiáng)充水區(qū)呈高阻反映，與正常煤巖層間存在著明顯的電磁差異。本次物探發(fā)現(xiàn)1個(gè)8#煤層采空區(qū)、1個(gè)8#煤層采空積水區(qū)、2個(gè)11#煤層采空區(qū)，為云崗礦下一步超前鉆探和采空積水探放起到了指導(dǎo)性作用，然后對(duì)應(yīng)物探采空區(qū)區(qū)域向8#層施工了4個(gè)探放水孔，通孔無水，消除了水患。

井下物探：考慮到81123工作面90～110m揭露兩條小窯盤區(qū)巷并與順槽巷道垂直，向北可能存在延伸，采用了TEMJF50礦用隔爆兼本安型瞬變電磁儀，在51123巷西幫進(jìn)行了側(cè)向下伏物探，結(jié)果發(fā)現(xiàn)90～450 m范圍存在低阻異常區(qū)，后經(jīng)過81123工作面順槽對(duì)拉式探鉆得到了證實(shí)。圖3為瞬變電磁儀測(cè)得的井下物探圖。

通過在小窯邊區(qū)采取水文地質(zhì)資料分析、小窯訪查資料分析、點(diǎn)狀層間垂向勘探、線狀超前多角度鉆探、面狀井上下物探，使巷道安全通過小窯空巷、避開大型采空區(qū)，順利圈出工作面。然后，礦召開會(huì)議，制定專項(xiàng)過巷和通風(fēng)措施，通過調(diào)整采煤工藝、變更支護(hù)方式、巷道空區(qū)充填、構(gòu)筑通風(fēng)設(shè)施等舉措，成功開采了11-1#煤層81121、81123、81125工作面（目前距停采線90m）和11-2#煤層81121工作面，回收煤炭資源1.2 Mt。

4 創(chuàng)新點(diǎn)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)、效益

圖2 311西部多角度鉆孔施工成果及小窯推測(cè)現(xiàn)狀

圖3 51123巷道西幫井下物探成果

該項(xiàng)技術(shù)通過在小窯邊區(qū)水文地質(zhì)條件、充水因素、破壞現(xiàn)狀調(diào)查分析，然后按照“層間垂向勘探”—“地表瞬變物探”—“超前鉆探”驗(yàn)證—“井下超前物探”—順槽對(duì)拉式鉆探驗(yàn)證—施工井下放水孔的綜合探查程序，采取“點(diǎn)、線、面”有機(jī)結(jié)合的全覆蓋立體式網(wǎng)絡(luò)綜合探查技術(shù)，使工作面在開拓期間避開大型采空區(qū)、安全通過小窯空巷，順利圈出工作面，為近距離煤層小窯區(qū)呆滯煤量的資源回收，提供了地質(zhì)保障和技術(shù)支持。

4.1 社會(huì)效益

（1）針對(duì)“跑馬圈地”資源襲奪型的關(guān)閉小窯，應(yīng)用全覆蓋立體式網(wǎng)絡(luò)綜合探查技術(shù)，更能精準(zhǔn)控制關(guān)閉前的采掘現(xiàn)狀、破壞程度、積水積氣情況，為小窯區(qū)資源二次回收、開拓合理部署提供可靠的資料和技術(shù)決策。

（2）“點(diǎn)、線、面”有機(jī)結(jié)合的全覆蓋立體式網(wǎng)絡(luò)綜合探查技術(shù)，其覆蓋面廣、采空區(qū)分辨率高、探測(cè)富有針對(duì)性、盲區(qū)小、施工工序簡(jiǎn)化、探鉆工程量小。

（3）通過該技術(shù)探查后，能夠提前制定專項(xiàng)過巷和通風(fēng)措施，調(diào)整采煤工藝、變更支護(hù)方式、進(jìn)行巷道空區(qū)充填、構(gòu)筑通風(fēng)設(shè)施等工作，為下一步安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）該技術(shù)應(yīng)用后，延長(zhǎng)了礦井服務(wù)年限，已復(fù)采了小窯區(qū)呆滯煤炭資源量1.2 Mt，按目前煤炭?jī)r(jià)格650元/噸，利潤(rùn)300元/噸，可創(chuàng)造純利潤(rùn)3.6億元。

（2）采用該綜合探查技術(shù)后，使鉆探和探放水工作“有的放矢”，可減少鉆孔數(shù)300個(gè)，鉆探進(jìn)尺16000m，節(jié)約資金160萬元。

（3）該技術(shù)的應(yīng)用，重點(diǎn)體現(xiàn)在保證了安全生產(chǎn)，其帶來的安全經(jīng)濟(jì)效益無法計(jì)算。

5 結(jié)語

云岡礦全覆蓋立體式網(wǎng)絡(luò)綜合探查技術(shù)，使鉆探和探放水工作做到“有的放矢”，縮小盲區(qū)，簡(jiǎn)化工序、減少鉆探工程量，且對(duì)資源襲奪型小窯區(qū)呆滯煤量賦存狀況控制準(zhǔn)確、空區(qū)分辨率強(qiáng)、安全系數(shù)高，為礦井資源回收，可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。通過在云岡礦311盤區(qū)西部三個(gè)工作面試驗(yàn)成功，證明了全覆蓋立體式網(wǎng)絡(luò)綜合探查技術(shù)在小窯區(qū)開拓呆滯煤量技術(shù)是先進(jìn)、安全、科學(xué)、可行的，對(duì)類似條件下云岡礦410盤區(qū)西部小窯邊區(qū)安全生產(chǎn)有一定的借鑒、應(yīng)用價(jià)值；同時(shí)該技術(shù)在煤礦周邊小窯破壞嚴(yán)重、水文條件復(fù)雜，煤炭資源枯竭型的礦井邊角煤二次復(fù)采有很大的應(yīng)用空間，值得煤礦系統(tǒng)在資源回收工作中借鑒和推廣。