綜合勘探技術(shù)在采煤工作面構(gòu)造發(fā)育區(qū)精細(xì)化探測中應(yīng)用

崔瑜科

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 雙柳煤礦，山西 柳林 033300)

現(xiàn)階段井工煤炭資源回收普遍采用綜采或者綜放開采方式，機(jī)械化以及自動(dòng)化程度較高，當(dāng)煤炭開采時(shí)無計(jì)劃揭露斷層、陷落柱或者煤厚變化段時(shí)，不僅會(huì)影響采面推進(jìn)速度，而且回采時(shí)容易出現(xiàn)冒頂、片幫甚至支架傾倒(壓架)等，同時(shí)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育區(qū)也是導(dǎo)水、瓦斯集聚等通道，采面在此期間生產(chǎn)時(shí)容易出現(xiàn)涌出量較大或者瓦斯異常涌出等問題[1-3]。因此，采用各種技術(shù)手段對在回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測，并依據(jù)探測結(jié)果采取針對性應(yīng)對措施，對提高煤炭生產(chǎn)效率以及安全保障能力等方面均有一定促進(jìn)意義[4-5]。物探具備有探測效率高、范圍廣優(yōu)點(diǎn)，煤礦井下常用的物探技術(shù)包括無線電坑透、槽波地震等，鉆探是精準(zhǔn)掌握以及驗(yàn)證地質(zhì)構(gòu)造的主要技術(shù)措施，將物探及鉆探方式相結(jié)合，不僅可提高探測效果，而且有助于精準(zhǔn)掌握采面內(nèi)構(gòu)造賦存情況[6-9]。為此，文中以50306綜放工作面為背景，提出用無線電坑透+鉆探方式實(shí)現(xiàn)采面回采區(qū)精細(xì)化探測，以期實(shí)現(xiàn)煤炭資源的安全高效開采。

1 工程概況

50306綜放工作面設(shè)計(jì)開采長度1 450 m、面長280 m，主要開采3號煤層，煤層厚度均值6.3 m，埋藏深度305 m、傾角2～5°.3號煤層直接頂及直接底分別為厚度4.8 m砂巖和厚度5.6 m砂質(zhì)泥巖。根據(jù)現(xiàn)有物探資料顯示，在50306綜放工作面存在有多個(gè)陷落柱(編號X02、X03、X07及X11等)，同時(shí)巷道掘進(jìn)多個(gè)斷層、落差在3 m以上(編號F10、F13等)，具體采面內(nèi)構(gòu)造大致分布，如圖1所示。在采面已有的陷落柱以及斷層位置可能發(fā)育有未掌握的伴生隱伏構(gòu)造，采面開采范圍內(nèi)煤層賦存條件較為復(fù)雜。為實(shí)現(xiàn)采面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)化探測，綜合使用物探及鉆探方式對開采區(qū)進(jìn)行探測，具體措施包括有無線電坑透確定異常區(qū)位置(大致確定構(gòu)造發(fā)育區(qū))、鉆孔窺視方法對異常區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，以便實(shí)現(xiàn)采面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造詳細(xì)探測。

圖1 采面內(nèi)構(gòu)造大致分布示意

2 采面內(nèi)構(gòu)造發(fā)育區(qū)精細(xì)化探測

2.1 加密無線電坑透

2.1.1 探測方案布置

在50306綜放工作面無線電坑透采用的探測設(shè)備型號為WKT-E探測儀，采面面長為280 m，根據(jù)采面現(xiàn)場情況確定的無線電坑透頻率為0.5 MHz.采面無線電坑透采用的探測方法為定點(diǎn)法，發(fā)射點(diǎn)位置相對固定在探測時(shí)移動(dòng)接收點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域探測。發(fā)射點(diǎn)、接收點(diǎn)布置間隔分別為50 m、10 m，現(xiàn)場探測距離確定為1 450 m，現(xiàn)場共計(jì)布置60個(gè)發(fā)射點(diǎn)以及295個(gè)接收點(diǎn)。采用加密探測方式，布置如圖2所示，1個(gè)發(fā)射點(diǎn)有11～21個(gè)接收點(diǎn)。

圖2 加密無線電坑透布置示意

2.1.2 探測結(jié)果分析

從含煤地層巖性特征來看，黏土巖具備的電阻率一般偏高，砂巖電阻率居中，而灰?guī)r、煤層電阻率偏低。當(dāng)有陷落柱、斷層等時(shí)，構(gòu)造及構(gòu)造邊界與煤層、頂?shù)装鍘r層等位置出現(xiàn)明顯的電阻率差異，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育區(qū)內(nèi)電磁波會(huì)出現(xiàn)明顯的能量衰減異常區(qū)。對現(xiàn)場加密無線電坑透獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并排出探測區(qū)內(nèi)干擾因素，具體獲取得到的無線電坑透探測結(jié)果如圖3所示。依據(jù)無線電坑透成果并結(jié)合現(xiàn)有的地質(zhì)資料，確定確定的探測異常區(qū)中KFYC1為陷落柱、其他的異常區(qū)KFYC2～ KFYC5則為煤層(頂?shù)装?破碎帶或者斷層影響區(qū)或陷落柱。

圖3 加密無線電坑透成果圖

2.2 鉆探分析

依據(jù)加密無線電坑透成果，在50306回風(fēng)巷道內(nèi)布置探測鉆孔進(jìn)行鉆探，為更為直觀地掌握鉆孔孔壁圍巖性質(zhì)，采用鉆孔窺視技術(shù)窺視鉆孔孔壁巖性，以便實(shí)現(xiàn)異常區(qū)構(gòu)造類型判定。根據(jù)鉆孔排渣以及窺視發(fā)現(xiàn)異常區(qū)內(nèi)為破碎帶且夾雜頂板砂巖時(shí)即可判定異常區(qū)類似為陷落柱；當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)排渣及窺視發(fā)現(xiàn)鉆孔依次揭露煤層、裂隙發(fā)育帶以及煤層頂?shù)装鍘r層時(shí)則可判定構(gòu)造類型為斷層；當(dāng)鉆孔排渣以及窺視發(fā)現(xiàn)構(gòu)造區(qū)內(nèi)煤體破碎且未出現(xiàn)顯著的煤巖交匯界面時(shí)，則可判定鉆探的異常區(qū)類型為煤巖體破碎帶。

在異常區(qū)KFYC1布置的鉆孔窺視成果如圖4所示，鉆孔孔壁破碎且鉆進(jìn)過程中排渣為破碎且雜亂的煤巖體，根據(jù)鉆探及窺視成果確定異常區(qū)KFYC1為陷落柱。異常區(qū)KFYC2鉆孔窺視成果如圖5所示，根據(jù)鉆孔排渣及窺視成果判定異常區(qū)KFYC2為斷層及斷層影響區(qū)內(nèi)煤體破碎。其余的KFYC3～KFYC5異常區(qū)均通過鉆探及鉆孔窺視技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，具體依據(jù)鉆探成果確定的探測區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育情況如圖6所示。

圖4 KFYC1異常區(qū)鉆孔窺視圖

圖5 KFYC2異常區(qū)鉆孔窺視結(jié)果

圖6 精細(xì)化探測結(jié)果

圖6中，ZHF1、ZHX1～ZHX5、ZHYC-1～ZHYC5分別為斷層、陷落柱及破碎帶，通過采用以加密無線電坑透+鉆探方式為主的綜合勘探技術(shù)后，可實(shí)現(xiàn)采面開采范圍內(nèi)構(gòu)造發(fā)育區(qū)內(nèi)精細(xì)化探測。

3 采面回采揭露情況

在50306綜放工作面推進(jìn)期間詳細(xì)記錄揭露的地質(zhì)構(gòu)造。在采面推進(jìn)期間共計(jì)揭露有5個(gè)小陷落柱、1個(gè)斷層以及若干煤體破碎區(qū)。對采面揭露斷層情況與采面精細(xì)化探測成果進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)精細(xì)化探測確定的地質(zhì)構(gòu)造類型與發(fā)育位置與采面回采揭露構(gòu)造類型及位置相近，表明精細(xì)化探測成果可信度及精度較高。

在采面回采至地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)時(shí)，可提前采用強(qiáng)化頂板及綜放設(shè)備管理、適當(dāng)調(diào)整采面推進(jìn)速度以及超前注漿等各種技術(shù)措施，以便增強(qiáng)煤炭開采安全保障能力。

4 結(jié) 語

采面回采范圍內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造會(huì)給煤炭正常生產(chǎn)帶來較大制約，提前掌握地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育位置并針對性采取應(yīng)對措施對提升煤炭開采安全保障能力以及生產(chǎn)效率等有顯著的促進(jìn)作用。在50306綜放工作面開采范圍內(nèi)，用加密無線電坑透+鉆探(結(jié)合鉆孔窺視)實(shí)現(xiàn)采面構(gòu)造發(fā)育區(qū)精細(xì)化探測，依據(jù)物探及鉆探成果確定構(gòu)造類型及發(fā)育位置。在探測區(qū)域內(nèi)共計(jì)確定5個(gè)陷落柱(最大影響半徑均在2 m以內(nèi))、1個(gè)斷層(落差0.8 m)以及多個(gè)煤層破碎帶。50306綜放工作面在回采至確定的地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)時(shí)，超前采用強(qiáng)化頂板及綜采設(shè)備管理、注漿以及調(diào)整采高、推進(jìn)速度等技術(shù)措施后，采面回采過地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育區(qū)期間時(shí)頂板、綜放設(shè)備等始終保持穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造未對煤炭正常、安全回采帶來不利影響，實(shí)現(xiàn)了采面安全高效生產(chǎn)。