趙倩

【摘 要】 為了掌握回采工作面開采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況及類型，文章以5706綜放工作面為研究對象，提出采用無線電坑透+鉆探方式對采面回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行精細(xì)化探測，并進(jìn)行現(xiàn)場工程應(yīng)用。結(jié)果表明：在采面使用無線電坑透時，通過加密測點及測線可更為精準(zhǔn)地圈定地質(zhì)異常區(qū)范圍，異常區(qū)圈定范圍更具針對性;在鉆探時通過綜合分析鉆孔排渣及鉆孔窺視圖像，可便于鉆探成果解釋;在 5706綜采工作面對發(fā)育的5個陷落柱、一個斷層以及5個煤體破碎區(qū)范圍進(jìn)行確定，煤炭回采時根據(jù)探測結(jié)果提前采取煤巖體加固、強(qiáng)化頂板管理等措施后，采面得以安全、高效通過地質(zhì)構(gòu)造區(qū)。研究成果可為其他礦井回采工作面地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)化探測提供借鑒參考。

【關(guān)鍵詞】 綜合地質(zhì)勘探;回采工作面;地質(zhì)構(gòu)造;物探;鉆探;鉆孔窺視

【中圖分類號】 TD166 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）02-0001-03

我國煤炭資源賦存條件較為復(fù)雜，特別是隨著采深增加，煤炭開采時受地質(zhì)構(gòu)造影響更為明顯，對回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)探查對確保煤炭開采效益及開采安全均具有重要意義。現(xiàn)階段采煤工作面地質(zhì)構(gòu)造探測技術(shù)包括有槽波地震、無線電坑透、鉆探等。槽波地震雖然可探測小斷層等隱伏地質(zhì)構(gòu)造，但是需要在采面內(nèi)進(jìn)行爆破，探測過程繁瑣且存在一定的安全風(fēng)險;無線電坑透則有探測效率高、探測結(jié)果可信度高等優(yōu)點。為此文中提出通過加密無線電坑透測網(wǎng)并結(jié)合鉆孔窺視技術(shù)對采面內(nèi)構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)化探測，現(xiàn)場取得較好的探測效果。

1工程概況

山西某礦5706綜放工作面推進(jìn)長度、切眼斜長分別為1460m、295m，主采的7#煤層厚度平均6.8m、傾角5～8°、埋深610m。7#煤層直接頂為平均厚度4.8m的砂巖、砂質(zhì)泥巖，直接底為平均厚度4.5m的砂質(zhì)泥巖。根據(jù)已有的地面三維地震探測資料，在5706綜放工作面回采范圍內(nèi)至少有4個長軸在30m以上的陷落柱（編號X02、X07、X11）?；夭上锏谰蜻M(jìn)過程中揭露2條斷層（F10、F13），落差均在3m以上。具體采面內(nèi)已掌握的地質(zhì)構(gòu)造分布情況見圖1。

2地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)化探查

2.1無線電坑透

2.1.1現(xiàn)場布置

本次無線電坑透探測采用的透視儀型號為WKT-E型號，5706綜放工作面切眼斜長295m。根據(jù)切眼寬度、無線電坑透經(jīng)驗以及井下探測頻率試驗結(jié)果，無線電透視頻率確定為0.5MHz?，F(xiàn)場探測采用定點法，即發(fā)射機(jī)位置相對固定，接收機(jī)在一定范圍內(nèi)逐點測定電磁波能量。接收點、發(fā)射點間距分別為10m、50m。5706綜放工作面探測長度為1460m，采面兩巷內(nèi)發(fā)射點及接收點數(shù)量分別為60個、296個，并分兩次對探測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

第一次探測時一個發(fā)射點對應(yīng)的接收點數(shù)量為6～11個，具體見圖2（a）;第二次探測時一個發(fā)射點對應(yīng)的接收點數(shù)量為11～21個，具體見圖2（b）。

2.1.2探測數(shù)據(jù)處理分析

從電性特征來看，煤層、灰?guī)r電阻率值一般較高，砂巖次之，黏土巖最小。當(dāng)探測區(qū)內(nèi)存在斷層、陷落柱等構(gòu)造時，煤層及構(gòu)造內(nèi)的頂?shù)装迥噘|(zhì)砂巖層出現(xiàn)較為明顯的電性差異，砂質(zhì)泥巖對電磁波具有較高的吸收強(qiáng)度，從而使得地質(zhì)構(gòu)造區(qū)內(nèi)存在電磁波能量衰減異常區(qū)。

現(xiàn)場獲取到的數(shù)據(jù)較為完整，在探測范圍內(nèi)不存在明顯的干擾，具體545～565號接收點接收到的50號探測點場強(qiáng)及衰減系數(shù)曲線見圖3。

從圖中看出5706綜放工作面內(nèi)探測曲線變化符合無線電坑透的探測規(guī)律。同時也說明探測結(jié)果具有較高的可信度。根據(jù)探測結(jié)果反演得到煤巖體CT成像圖（見圖4）。

根據(jù)礦井以往揭露陷落柱及斷層情況發(fā)現(xiàn)，陷落柱內(nèi)巖體往往被泥巖膠結(jié)，充填較為密實、裂隙不發(fā)育;斷層破碎帶裂隙發(fā)育。因此，采用無線電坑透時陷落柱周邊電磁波降低幅度以及吸收系數(shù)往往低于斷層。根據(jù)無線電坑透探測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)KFYC2、KFYC3異常區(qū)電磁波降低幅度以及吸收系數(shù)均較高，因此判定為斷層;KFYC1、KFYC4、KFYC5電磁波降低幅度以及吸收系數(shù)范圍類似，結(jié)合已有的地質(zhì)資料以及無線電透視結(jié)果，推斷KFYC1區(qū)域為陷落柱、KFYC4～ KFYC5區(qū)域為斷層及破碎帶。

2.2鉆探分析

結(jié)合無線電透視結(jié)果，在5706回采巷道內(nèi)布置鉆孔，通過結(jié)合鉆孔最近過程的巖性變化以及鉆孔窺視結(jié)果對無線電透視結(jié)果進(jìn)行判定。當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)及窺視過程中顯示煤巖體破碎且夾雜有7#煤層頂板砂巖時即可鉆孔鉆進(jìn)揭露地質(zhì)構(gòu)造為陷落柱;當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)及窺視過程中依次出現(xiàn)煤層、破碎區(qū)（裂隙帶）、煤層頂（底）板時可判定鉆孔鉆進(jìn)揭露地質(zhì)構(gòu)造為斷層;當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)及窺視過程中均為破碎煤巖體且未穿越任何明顯的煤巖界面時，則可判定鉆孔鉆探區(qū)域為煤體破碎帶。

鉆孔在KFYC1異常區(qū)范圍內(nèi)鉆進(jìn)時鉆孔窺視圖像見圖5。

從圖中也可看出鉆孔周邊煤巖體破碎，在鉆孔鉆進(jìn)過程返渣為破碎、雜亂的煤巖體，因此判定KFYC1異常區(qū)為陷落柱;在KFYC2異常區(qū)鉆探時前后鉆孔窺視成果見圖6、圖7，結(jié)合鉆孔鉆進(jìn)返渣情況以及鉆孔窺視結(jié)果，判定KFYC2異常區(qū)為斷層、破碎帶。

根據(jù)鉆孔鉆進(jìn)及窺視結(jié)果，在5706綜放工作面探測到的地質(zhì)構(gòu)造賦存情況見圖8，其中ZHX1～ZHX5均為陷落柱、ZHF1為斷層、ZHYC-1～ZHYC5為破碎帶。

3回采揭露構(gòu)造情況

在5706綜放工作面回采期間對揭露的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)記錄，在回采時共揭露有5個陷落柱以及一條斷層。通過比對采面回采時揭露斷層位置發(fā)現(xiàn)，地面三維地質(zhì)勘探限制的陷落柱、斷層位置與采面實際揭露位置有較大偏差;而在采面精細(xì)化探查（無線電坑透+鉆探）探測到的地質(zhì)構(gòu)造位置與采面揭露構(gòu)造位置接近。

由于通過細(xì)化探查預(yù)先掌握地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育位置，在回采期間通過提前預(yù)注漿、強(qiáng)化頂板管理等措施，采面在過地質(zhì)構(gòu)造時未出現(xiàn)頂板冒落問題，僅局部位置出現(xiàn)小規(guī)模煤壁片幫。在5706綜放工作面采取精細(xì)化地質(zhì)構(gòu)造探測工作為采面安全、高效回采提供了一定的保障。

4總結(jié)

在地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育區(qū)通過加密無線電坑透測點布置可提高坑透精度，從而更為精準(zhǔn)地圈定異常區(qū)范圍，降低后續(xù)鉆探工作量;在鉆探時結(jié)合鉆孔排渣、鉆孔窺視可提高鉆探成果精度，為精準(zhǔn)掌握地質(zhì)構(gòu)造位置、類型提供指導(dǎo)。

根據(jù)該礦區(qū)以往坑透經(jīng)驗，由于陷落柱內(nèi)巖體被泥巖膠結(jié)，裂隙往往不發(fā)育，但是斷層附近往往裂隙發(fā)育。在陷落柱周邊電磁波降低幅度以及吸收系數(shù)往往低于斷層。因此，根據(jù)上述判定方式并結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)資料判定5706綜采工作面內(nèi)KFYC1區(qū)域為陷落柱、KFYC2～ KFYC5區(qū)域為斷層及破碎帶。后續(xù)鉆孔排渣及鉆孔窺視結(jié)果也驗證了無線電坑透結(jié)果。

在5706綜放工作面采取精細(xì)化探測工作后，精準(zhǔn)掌握了采面內(nèi)斷層、陷落柱位置，礦井根據(jù)探測結(jié)果采取針對性的圍巖加固、管理措施后，采面回采期間未出現(xiàn)頂板冒落等事故，為煤炭安全、高效回采創(chuàng)造了良好條件。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張國恩.槽波地震勘探技術(shù)在采煤工作面構(gòu)造探測中的應(yīng)用[J].煤礦安全，2020，51（8）：164-168.

[2]王圣龍.回采工作面隱伏構(gòu)造無線電波透視技術(shù)精細(xì)化探測研究[J].中國煤炭，2020，46（4）：83-86.

[3]焦陽，竇文武，譚菁，等.回采工作面地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)化綜合探測技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國煤炭，2019，45（11）：53-58.

[4]馬生勇.無線電波透視技術(shù)在采煤工作面地質(zhì)構(gòu)造探測中的應(yīng)用[J].自動化應(yīng)用，2019（10）：111-112.

[5]商宇航，劉春雨，杜添添，等.采煤工作面隱伏地質(zhì)異常體的無線電波透視探測[J].黑龍江科技大學(xué)學(xué)報，2019，29（3）：341-345.

[6]胡澤安.煤層工作面透射地震波場特征及其三維成像研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2019.

[7]程剛，張平松，吳榮新，等.礦井工作面地質(zhì)異常精細(xì)探查方法技術(shù)研究進(jìn)展[J].工程地球物理學(xué)報，2013，10（1）：99-106.

[8]關(guān)金鋒.采煤工作面小構(gòu)造探測及動態(tài)分析方法研究[D].焦作：河南理工大學(xué)，2016.

[9]王濟(jì)德，李世民，劉彥俊.開拓巷道穿過導(dǎo)水構(gòu)造的探查與預(yù)防治理技術(shù)[J].能源與節(jié)能，2015（5）：155-157.

[10]肖玉林.大寬度采煤工作面長偏移距無線電波透視成像研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2017.