淺談王莊煤礦礦井地質(zhì)異常體的探測

汪余超

(潞安環(huán)能股份公司 王莊煤礦，山西 長治 046031)

煤炭的形成和分布受到地質(zhì)構(gòu)造控制，煤層賦存條件因所處地質(zhì)構(gòu)造的不同復(fù)雜各異，所呈現(xiàn)的物性多變，礦井地質(zhì)條件及賦存地質(zhì)異常，對礦井設(shè)計，以及煤炭資源開采和礦井水害防治，具有重要影響[1,2]?！睹旱V安全規(guī)程》中明確規(guī)定，為了保證煤礦的安全高效生產(chǎn)，必須對礦井地質(zhì)條件進(jìn)行普查，對礦井生產(chǎn)范圍內(nèi)的地質(zhì)異常類型及空間分布進(jìn)行查明[3]。王莊煤礦地處潞安礦區(qū)中部東緣，是一座特大型安全高效現(xiàn)代化礦井，主采二疊系山西組3號煤層，年生產(chǎn)能力710萬t/a，礦井地質(zhì)構(gòu)造處于太行山新華夏系一級隆起之上的二級構(gòu)造帶，以寬緩的向、背斜為主，斷裂構(gòu)造位于南北邊界，區(qū)域地層平緩，傾角為3～7°，煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，斷層、陷落柱、巖層導(dǎo)含水帶等異常發(fā)育。為了保證王莊煤礦的安全高效生產(chǎn)，必須采用合理的綜合探測技術(shù)對礦井地質(zhì)異常區(qū)進(jìn)行探測，及時掌握地質(zhì)異常的區(qū)域位置及空間特征[4-5]。

1 礦井常用地質(zhì)探測方法

我國煤礦防治水堅持“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的基本原則，在地質(zhì)異常探測中遵循“物探先行、鉆探驗證”的基本思路，顧名思義，煤炭礦井地質(zhì)探測手段主要分為物探和鉆探兩個大類。 物探方法是基于不同地質(zhì)構(gòu)造存在的不同物體特性，對地質(zhì)異常體進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和規(guī)律分析，從而實現(xiàn)對地質(zhì)異常體的解譯。但目前還沒有哪一種物探方法能夠?qū)Φ刭|(zhì)異常體進(jìn)行精確探測，物探結(jié)果只能劃定為地質(zhì)異常體疑似區(qū)域，為了確定地質(zhì)異常體的真正存在以及準(zhǔn)確空間特性，必須對物探疑似結(jié)果進(jìn)行鉆探驗證。

目前，我國常用的礦井地質(zhì)物探方法有10余種，按照場源特征劃分可以分為電法類、電磁法類和地震類，按探測對象劃分為結(jié)構(gòu)構(gòu)造異常探測和電(磁)異常探測，物探方法基于的地質(zhì)體物理特征決定了該方法的適用條件和適用范圍，見表1[5]。不同的物探手段都具有其獨(dú)特優(yōu)勢，同時也具有不同缺點(diǎn)，僅靠單一的物探手段對地質(zhì)異常體進(jìn)行探測具有局限性，并且目前還沒有一種物理方法能夠?qū)Φ刭|(zhì)異常體的力學(xué)性質(zhì)、含水性等進(jìn)行準(zhǔn)確探測。所以在選擇物探方法時，應(yīng)當(dāng)對探測對象的物性條件、埋深等進(jìn)行深入分析，選取最為適宜的兩種、或者多種物探手段對探測對象進(jìn)行綜合探測。王莊煤礦最為常用的物探手段主要有瞬變電磁法、音頻電透視法、無線電波透視法、三維地震勘探和槽波勘探。

表1 常用礦井物探方法及適用范圍[5]

2 王莊煤礦礦井地質(zhì)異常探測實例

王莊煤礦礦井地質(zhì)異常體探測和揭露，都是采用綜合探測手段，即“物探方法+鉆探”，或者“物探方法1+物探方法2+鉆探”等綜合模式，物探和鉆探方法各自具有自身優(yōu)缺點(diǎn)，物探手段能夠快速確定礦井內(nèi)的地質(zhì)異常體的疑似區(qū)域，但不能準(zhǔn)確探測地質(zhì)異常體是否存在，以及地質(zhì)異常體的具體空間特征，鉆探手段雖然能夠?qū)Φ刭|(zhì)異常體的空間分布及特征進(jìn)行準(zhǔn)確探測，但鉆探的實施比較盲目性，效率較低，兩者必須有效結(jié)合，才能對礦井地質(zhì)異常體進(jìn)行準(zhǔn)確快速探測和解譯。王莊煤礦早在1989-1991年在52采區(qū)進(jìn)行了二維水文地震勘探及電法勘探工作，并且在2000年后進(jìn)行了井田范圍內(nèi)的三維地震勘探工作，完成了井田范圍內(nèi)的三維地震勘探報告，并且從1991年起，采用煤炭科學(xué)研究總院重慶分院研制的WKT系列無線電波坑道透視儀對5107、6103等20個工作面進(jìn)行了坑道透視，并進(jìn)行了鉆探驗證。2011年完成了王莊煤礦+540水平地面瞬變電磁勘探報告，完成物理點(diǎn)8 640余個，完成直流電測深物理點(diǎn)200余個。

1) 巷道掘進(jìn)過程中的探測。采用了“三維地震勘探+鉆探”綜合探測方法。以8108工作面為例，三維地震勘探結(jié)果顯示，在8108工作面風(fēng)巷1 900～2 000 m處，左幫約30 m左右存在疑似陷落柱X17，為了探測該陷落柱是否存在及具體特征，對疑似區(qū)域進(jìn)行鉆探驗證，探測結(jié)果顯示，陷落柱X17具體位置處于8108風(fēng)巷新風(fēng)24號點(diǎn)前8.5 m，距離左幫30.6 m，陷落柱水平呈近圓形，長軸為72 m，方向與風(fēng)巷成約46°夾角。

2) 頂?shù)装逅牡刭|(zhì)情況探測。以7102工作面為例，為了探測水庫承壓開采區(qū)域內(nèi)工作面頂板水文地質(zhì)條件，調(diào)查頂板巖層的富水情況，對7102頂板以上110 m范圍內(nèi)進(jìn)行了音頻電透視探測，工作面運(yùn)輸巷布置發(fā)射點(diǎn)21個，回風(fēng)巷布置發(fā)射點(diǎn)15個，每個發(fā)射點(diǎn)對應(yīng)10～20個接收點(diǎn)，探測結(jié)果緊密結(jié)合了工作面的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，為7102工作面的安全生產(chǎn)起到了關(guān)鍵作用。

3) 工作面范圍內(nèi)的地質(zhì)異常勘探。主要采用“無線電波透視法+鉆探”或“槽波地震+鉆探”的綜合探測方法。本文以8103工作面為例，采用無線電波透視法對工作面巷道范圍內(nèi)810 m區(qū)域進(jìn)行探測，控制面積214 800 m2，共計發(fā)射點(diǎn)33個，接收點(diǎn)363個。探測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，8103工作面存在兩個異常區(qū)，1號區(qū)域距離切眼位置150～350 m范圍，2號區(qū)域位于350～550 m范圍，推斷可能發(fā)育有斷層或小陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造。通過鉆探驗證，得出350～500 m范圍內(nèi)存在斷層F304，陷落柱DX12。

3 結(jié) 語

礦井地質(zhì)異常體的存在，直接威脅到礦井安全生產(chǎn)，對礦井地質(zhì)異常體進(jìn)行探測和揭露，準(zhǔn)確掌握異常體的空間分布位置及影響范圍，對保證礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。地質(zhì)異常體的成功探測和揭露，主要在充分掌握地質(zhì)異常體的物性條件、埋藏深度、所處區(qū)域地質(zhì)條件等的基礎(chǔ)上，采用合理綜合的探測手段。王莊煤礦隨著礦井采掘深度的不斷延伸，煤層賦存地質(zhì)條件也更為復(fù)雜多變，遵循“物探先行、鉆探驗證”的思路，按照自身完整的地質(zhì)異常體探測方法，采用合理的綜合探測手段對井田內(nèi)的地質(zhì)異常體進(jìn)行了探測，對王莊煤礦的安全高效生產(chǎn)，以及礦井水害防治等具有重要作用，同時也為潞安井田范圍內(nèi)的地質(zhì)異常體的探測和揭露提供了成功經(jīng)驗。