礦井深部復(fù)雜含煤區(qū)域斷層探測實踐

鞏 起 立

（鶴壁煤電股份有限公司第九煤礦，河南 鶴壁458000）

0 引 言

礦井深部斷層的準(zhǔn)確探測不僅可以有效防治礦井采掘活動中水害事故的發(fā)生[1-3]，還能確保煤層的安全開采并促進煤炭資源合理開發(fā)利用[4]，因此礦井深部斷層探測一直是學(xué)界的研究熱點之一。安鶴煤田3206工作面底抽巷已形成，根據(jù)已有資料F150斷層落差80～100m，而在此兩者之間距底抽巷約30m 處可能存在落差達到40m 左右的推測斷層，上述兩條斷層在工作面區(qū)域的存在與否、產(chǎn)狀發(fā)育情況及其形成的特殊水文地質(zhì)條件，可能對工作面的后續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重的制約作用。因此，需要對該兩條斷層在工作面附近區(qū)域的空間發(fā)育形態(tài)及相應(yīng)水文地質(zhì)條件進行探查。

1 井田構(gòu)造特征

1.1 斷層發(fā)育特征

安鶴煤田位于華北板塊（內(nèi)）南部，夾持于湯東斷裂與林縣斷層之間，屬于太行構(gòu)造亞區(qū)之太行斷隆，受湯東斷裂直接控制。研究區(qū)斷層總體上為北東走向的正斷層，向南東傾斜，近似平行排列，有少量東西向斷層（見圖1）。局部斷層非常發(fā)育，在剖面上互相切割，常出現(xiàn)階梯狀，成錯綜復(fù)雜的構(gòu)造形態(tài)，對煤層破壞較大。區(qū)內(nèi)落差大（等）于10m 斷層33 條，其中落差大于100m 的7 條、50～100m 的3 條、10～50m 的23 條。此處重點介紹與探測區(qū)可能相關(guān)的斷層F153、F150及F150-1。

圖1 斷層發(fā)育特征圖

1）F153斷層：位于井田中部，南起井田淺部一煤煤層露頭，向北東橫穿礦區(qū)，為區(qū)域性正斷層，在井田內(nèi)延伸3500m，走向NNE，傾向SEE，傾角78°，落差110～450m。

2）F150斷層：位于井田北部，F(xiàn)153之東側(cè)，為F153斷層的分支，正斷層，伸展長度為1.80km。走向NNE-NE，傾向75°～123°，傾角70°，落差由北向南逐漸變大，為40～200m。

3）F150-1斷層：位于井田北部，F(xiàn)153與F150之間，為F150的分支。正斷層，走向NNE，延伸長度為900m，傾向SEE，傾角75°；北端起于F150斷層，南端尖滅，落差0～40m。

1.2 構(gòu)造充水特征

本區(qū)主要可采煤層二1 煤層即可同太原組L8 灰?guī)r相對接，已發(fā)現(xiàn)有以下充水構(gòu)造：

1）F153斷層：為勘查區(qū)西部邊界斷層，走向NNE，落差110～450m，斷層具有一定的張性特征。二1 煤層與奧陶系灰?guī)r含水層直接對接。根據(jù)鉆孔對斷層帶的抽水結(jié)果，其單位涌水量0.0012～0.0215L/s.m，富水性較強，具有導(dǎo)水性質(zhì)，奧陶系灰?guī)r含水層極易通過斷層破碎帶向井田內(nèi)充水，成為本區(qū)主要的充水水源。

2）F150斷層：走向NNW，落差80～100m，局部二1煤層與太原組上段灰?guī)r含水層直接對接。910-17 鉆孔在鉆進過程中遇斷層出現(xiàn)微弱漏水，斷層具有一定的富水性。

3）F150-1斷層：落差0～40m，為壓扭性正斷層，中間落差最大，致使二1 煤層與太原組上段L8灰?guī)r含水層直接對接，開采至該斷層附近時應(yīng)引起重視。

2 礦井深部F150 斷層探測

基于現(xiàn)有技術(shù)手段，為探清礦井深部F150斷層的分布狀態(tài)及其導(dǎo)水特征，現(xiàn)采取物探與鉆探相結(jié)合的研究思路進行分析，首先采用礦井震波超前探測技術(shù)和礦井瞬變電磁探測技術(shù)對該斷層進行超前探測，然后基于物探勘查成果針對性的布設(shè)鉆孔開展驗證工作。

2.1 礦井震波超前探測

2.1.1 測線布置與數(shù)據(jù)采集

本次礦井MSP 探測采用KDZ1114-6B30 型號的超前探測儀，采用外置檢波器、單檢后置的工作方式。工作地點位于北翼邊界回風(fēng)巷2#鉆場，現(xiàn)場施工時C1（檢波器）布置在巷道右?guī)?，共錘擊21 錘（次），P1～P17 布置在右?guī)颓脫?，錘擊點間距約為0.2m，P18～P21 在迎頭敲擊，C1 距迎頭6.8m。

圖2 2#鉆場迎頭MSP 超前探測測線布置示意圖

2.1.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理時統(tǒng)一以1#檢波點為相對零點，巷道前方為X 正方向，Z 正方向指向左幫，Y 方向指向頂板建立坐標(biāo)系，分別來確定錘擊點、檢波點坐標(biāo)。將現(xiàn)場采集到的物探數(shù)據(jù)經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化為可利用的物性圖件，MSP 震波探測數(shù)據(jù)在MSP2.0 軟件平臺上進行，其處理流程為：數(shù)據(jù)預(yù)處理—頻譜分析—直達波求取—反射波提取—速度分析—深度偏移—界面提取。根據(jù)速度譜特性曲線和現(xiàn)場巖性情況，結(jié)合其他單位以往施工過的探測數(shù)據(jù)及驗證結(jié)果，本次MSP探測取綜合速度為2.5m/ms 進行偏移處理速度，最終得到深度偏移剖面（圖3）。

圖3 MSP 深度偏移剖面

2.1.3 成果解釋

從MSP 法深度偏移剖面（圖3）中可以看出，在迎頭前方不存在反射異常界面，初步分析測試點正前方80m 范圍不存在大的地質(zhì)構(gòu)造。

2.2 礦井瞬變電磁探測

2.2.1 工作布置

本次探測采用YCS512 礦用本安型探水儀在北翼邊界回風(fēng)巷2 號鉆場和4 號鉆場開展工作。超前探測時以迎頭正前方為零度方向，分為左60°、左30°、正前0°、右30°、右60°五個方位角。在垂直方向上進行頂板斜上45°、0°（水平）、底板斜下45°三個傾角的探測。在2 號鉆場及4 號鉆場各布置5 個測點，數(shù)據(jù)量共計30 組。

2.2.2 探測成果

本次應(yīng)用礦井瞬變電磁法在2 號鉆場和4 號鉆場的探測成果見圖4。本次工作圈定了1 個相對低阻異常區(qū)（1#異常區(qū)），位于4 號鉆場的正前探測方向，探測深度10～20m。

圖4 北翼邊界回風(fēng)巷2 號、4 號鉆場探測斷面圖

2.2.3 成果解釋

從北翼邊界回風(fēng)巷2 號、4 號鉆場探測斷面圖分析，北翼邊界回風(fēng)巷2 號和4 號鉆場超前探測范圍內(nèi)視電阻率值分布均勻穩(wěn)定且電阻率值普遍偏高，因此認(rèn)為探測區(qū)域內(nèi)富水性較弱。4 號鉆場正前探測方向的1#相對低阻異常，范圍較小，距鉆場較近，不排除鉆場積水引起的異常。

2.3 物探探測結(jié)論

根據(jù)礦井震波超前探測成果及礦井瞬變電磁探測成果來看，在3206 工作面里段底抽巷外側(cè)80m 范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)構(gòu)造及水文異常反應(yīng)，即在礦井深部3206 工作面里段底抽巷外側(cè)80m 范圍內(nèi)無斷層分布。

3 鉆探驗證

3.1 鉆探布設(shè)

為驗證物探探測成果、準(zhǔn)確確定3206 工作面向外85m 安全煤柱范圍內(nèi)是否存在斷層，在3206 工作面底抽巷最里端布設(shè)扇形孔。自里向外分A、B、C 三個方位進行。A 方位325°，B 方位295°，C 方位263°，各設(shè)計鉆孔2 個，總計6 個鉆孔。所有鉆孔均為仰角，設(shè)計總進尺551m。

3.2 鉆探結(jié)果分析

鉆探實際施工615m，根據(jù)鉆孔揭露情況認(rèn)為：

1）在3206 下順槽里端向外85m 范圍內(nèi)，根據(jù)鉆探鉆進中已揭露的無破碎、無出水的情況看，所探范圍內(nèi)不存在斷裂。

2）所探范圍未揭露較大的或暢通性較好的開放性裂隙，且所有鉆孔均沒有出水現(xiàn)象，加之高壓下也未能進行有效注漿施工，表明所探范圍不存在與強含水層貫通的導(dǎo)水裂隙，由此推斷工作面對應(yīng)范圍不存在來源于外側(cè)水平以上方向的水害隱患。

4 結(jié) 論

結(jié)合井田斷層發(fā)育特點及構(gòu)造充水特征，通過在北翼邊界回風(fēng)巷開展礦井震波超前探測及礦井瞬變電磁探測，并基于其探測成果，針對性的開展了鉆探驗證工作。主要結(jié)論有：①在3206 下順槽里端向外85m 范圍內(nèi)不存在斷裂；②所探范圍不存在與強含水層貫通的導(dǎo)水裂隙，由此推斷工作面對應(yīng)范圍不存在來源于外側(cè)水平以上方向的水害隱患；③礦井深部復(fù)雜含煤區(qū)域的斷裂探測可聯(lián)合采用震波超前探測、礦井瞬變電磁探測兩種方法，其探測結(jié)果具有可靠性，可為其他礦井深部斷裂探測提供借鑒。