王莊煤礦綜放工作面地質(zhì)保障系統(tǒng)

郭 亮

(潞安環(huán)能股份公司 王莊煤礦，山西 長(zhǎng)治 046031)

地質(zhì)勘探是煤礦安全生產(chǎn)的首要工作，勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性很大程度上決定了工作面能否正常生產(chǎn)以及煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。采煤工作面在回采過(guò)程中，為了掌握工作面的地質(zhì)狀況，保障工作面的安全順利生產(chǎn)，通常采用物探、鉆探等多種手段對(duì)工作面內(nèi)的隱伏地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)。本文以王莊煤礦6203工作面為對(duì)象，首先進(jìn)行地面三維地震勘探，在工作面掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)三維地震勘探確定的異常區(qū)使用便攜式地震儀進(jìn)行了超前探測(cè)，工作面形成后，對(duì)工作面使用無(wú)線電波坑道透視儀進(jìn)行了坑道透視，最后通過(guò)打鉆對(duì)三維勘探及坑道透視確定的地質(zhì)異常區(qū)進(jìn)行了排查，確保查清工作面內(nèi)存在的隱伏地質(zhì)構(gòu)造。通過(guò)系統(tǒng)闡述，旨在說(shuō)明地質(zhì)保障系統(tǒng)的重要性。

1 地面三維地震勘探

地面三維地震勘探及瞬變電磁勘探是指在三維野外采集的原始資料經(jīng)過(guò)全三維處理后，得到高分辨三維偏移數(shù)據(jù)體，再利用此數(shù)據(jù)體得到三維方差數(shù)據(jù)體，這些數(shù)據(jù)體中包含著勘探區(qū)內(nèi)豐富的地質(zhì)信息[3-5]。王莊煤礦對(duì)62上山采區(qū)進(jìn)行了地面三維地震勘探及瞬變電磁勘探，得出采區(qū)內(nèi)詳細(xì)的地質(zhì)信息，圖1為通過(guò)地面三維地震勘探得到的采區(qū)內(nèi)斷層信息，圖中信息表明其屬可靠斷層；圖2為采區(qū)內(nèi)陷落柱信息，圖中信息表明其屬可靠陷落柱。通過(guò)對(duì)勘探結(jié)果進(jìn)行分析可以得出，該工作面構(gòu)造簡(jiǎn)單，僅在工作面停采線附近及切眼附近，存在地質(zhì)異常區(qū)；地面瞬變電磁勘探結(jié)果顯示，該工作面頂板及底板不存在富水區(qū)。

圖1 DF1正斷層在時(shí)間剖面上的反映

圖2 X1陷落柱在縱向、橫向時(shí)間剖面上的反映

2 便攜式地震儀跟蹤探測(cè)

為了驗(yàn)證三維地震勘探結(jié)果，有效指導(dǎo)生產(chǎn)，本著“有疑必探、先探后掘”的原則，采用現(xiàn)有的物探手段——礦井地震。地震探測(cè)主要是根據(jù)不同巖體的物性差異追蹤震波在不同巖體內(nèi)傳播的規(guī)律，從而了解巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。采用礦井地震探查了6203工作面運(yùn)巷200 m處的地質(zhì)構(gòu)造情況。

1) 使用儀器及探測(cè)方法、范圍。探測(cè)儀器為福州華虹智能科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的“便攜式礦井地質(zhì)探測(cè)儀”，采用單道共偏移法和單點(diǎn)超前探測(cè)法。

探測(cè)范圍：一般煤層中在60 m左右，巖層中略大。

2) 探測(cè)參數(shù)。沿6203運(yùn)巷200 m處做單點(diǎn)超前探測(cè)和單道反射共偏移，布置測(cè)點(diǎn)20個(gè)，步距1 m，探測(cè)距離20 m。

3) 探測(cè)結(jié)果分析。6203運(yùn)巷右?guī)偷臏y(cè)線基本上沿一條直線，離底板的高度約1.5 m左右進(jìn)行布置，目的是有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的地震對(duì)比切面。但由于有的地方片幫較嚴(yán)重，測(cè)線有所偏移，給震波的采集造成一定的誤差，工作面松軟的煤體對(duì)震波的吸收非常強(qiáng)，致使現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)非常困難，給震波所能探測(cè)的距離也造成極大的限制。從波形圖(圖3)上可以看出距運(yùn)巷左幫60 m范圍內(nèi)沒有明顯的異常區(qū)域。

3 無(wú)線電波坑道透視

對(duì)6203工作面進(jìn)行坑道透視，目的是查明6203工作面從切眼到停采線1 350 m范圍內(nèi)有無(wú)直徑大于20 m的陷落柱和落差大于4 m的斷層。

圖3 6203運(yùn)巷200 m處超前探測(cè)波形

1) 使用儀器及參數(shù)。① 儀器型號(hào)：WKT-E3(接收)、WKT-3(發(fā)射)型無(wú)線電波透視儀；② 發(fā)射機(jī)工作頻率：0.5 MHz；③ 探測(cè)距離：Rmax=250 m；④ 實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)及煤層吸收系數(shù)：H=130.0(DB)；B=-0.2(DB/m)；DB=-5。

2) 透視方法與范圍。透視工作采用定點(diǎn)法探測(cè)，工作面兩巷道由切眼向停采線方向布設(shè)測(cè)點(diǎn)，每10 m一個(gè)，共布設(shè)277個(gè)。實(shí)測(cè)277個(gè)，資料處理中共繪制各發(fā)射點(diǎn)綜合曲線圖53幅，繪制煤層CT成像分析圖一幅。

3) 無(wú)線電波透視環(huán)境。探測(cè)工作中，工作面兩巷道均處于斷電狀態(tài)，兩巷道全部為錨網(wǎng)支護(hù)。

4) 透視數(shù)據(jù)處理。透視儀接收到的無(wú)線電波場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)輸入到微機(jī)中經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算確定合理的工作面理論場(chǎng)強(qiáng)值和煤層吸收系數(shù)，最終繪制出綜合曲線及煤層CT成像分析圖。

5) 透視資料解釋及探測(cè)結(jié)論。通過(guò)全部透視資料分析，各綜合曲線圖波幅變化較為平緩，從綜合曲線及煤層CT成像圖中發(fā)現(xiàn)有三處異常區(qū)域(見圖4)：① 在距離切眼90～250 m范圍內(nèi)；②在距離切眼450～540 m范圍內(nèi)；以上兩處異常區(qū)內(nèi)電磁波均出現(xiàn)零星不連續(xù)衰減現(xiàn)象，衰減值5～10 dB，結(jié)合原始坑透數(shù)據(jù)綜合判斷該異常區(qū)可能由于煤層、頂板破碎或小地質(zhì)構(gòu)造引起，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成大的影響。③ 靠近停采線附近，即圖中距離切眼1 220～1 270 m范圍，電磁波出現(xiàn)5～10 dB的衰減值，據(jù)三維地震勘探顯示，該處附近存在一陷落柱。一般來(lái)說(shuō)，坑透電磁波出現(xiàn)大于20 dB的衰減值時(shí)，工作面存在陷落柱的可能性比較大，但從該處電磁波衰減值上判斷，達(dá)不到陷落柱的異常反應(yīng)。對(duì)此應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)需要，適當(dāng)在運(yùn)巷、風(fēng)巷內(nèi)相應(yīng)位置安排探鉆或在工作面注水鉆時(shí)進(jìn)一步探明該處異常，排除大的地質(zhì)構(gòu)造的可能，同時(shí)在工作面回采至該異常范圍時(shí)，要密切關(guān)注工作面地質(zhì)條件和頂?shù)装遄兓闆r，作好頂板支護(hù)和工作面防排水工作，從而確保工作面安全回采。另外，在靠近運(yùn)巷一側(cè)距離切眼1190m處電磁波出現(xiàn)一條帶狀衰減，衰減值為10～15dB，結(jié)合巷道實(shí)際情況判斷為可能是由于現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)人為因素造成。

圖4 王莊煤礦6203工作面CT成像

綜上所述，除上述異常范圍之外，6203工作面從切眼到停采線范圍內(nèi)不存在直徑大于20 m的陷落柱，不存在落差大于4 m的斷層。

4 鉆 探

6203工作面風(fēng)巷施工鉆孔97個(gè)，運(yùn)巷104個(gè)，特別是針對(duì)三維勘探及坑道透視出的異常區(qū)進(jìn)行了打鉆探測(cè)，鉆探深度均達(dá)到要求，對(duì)三維勘探及坑道透視圈定的地質(zhì)異常區(qū)進(jìn)行排查，未發(fā)現(xiàn)異常。