郭興泉

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地測(cè)勘探公司，山西 大同 037000）

1 背景介紹

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)煤峪口礦井田位于大同煤田向斜的東北端，大部位于向斜東南翼。上覆對(duì)應(yīng)多層侏羅系采空區(qū)，因條件不足，無法開展地面三維地震勘探工作查明井田范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況，分析開拓區(qū)域地質(zhì)條件僅靠地面鉆孔、上覆侏羅系實(shí)際揭露及周邊礦井資料，可能存在以下問題：一是據(jù)井田范圍內(nèi)地面鉆孔資料分析，存在多處煤層底板等高線異常區(qū)域；二是據(jù)周邊石炭系已開采礦井，礦井石炭系延伸區(qū)域地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜；三是在石炭系三條盤區(qū)大巷掘進(jìn)期間揭露多條隱伏斷層、煤層不同程度受無規(guī)律火成巖侵入，給巷道掘進(jìn)及支護(hù)增加困難，綜上所述隱伏地質(zhì)構(gòu)造將給礦井開拓部署造成一定的影響。

C3-5#層8101 工作面為石炭系延伸首采工作面，能否按期圈出對(duì)礦井的整體銜接計(jì)劃及生產(chǎn)至關(guān)重要。兩順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度均為938 m，煤層厚度9.1~32.3 m，平均煤厚17.4 m，煤層傾角3~12.5°，2101 巷、5101巷分別掘進(jìn)至538 m、762 m 處受斷層及火成巖影響，工作面迎頭均為全巖，利用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)超前探測(cè)，兩巷共計(jì)施工16 孔，工程量1 480 m，由于鉆孔無法控制偏斜情況，探測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析后無法確定掘進(jìn)前方地質(zhì)構(gòu)造及煤層賦存情況，故采用綜合探測(cè)手段為礦井首采面圈出提供技術(shù)支撐。

2 研究技術(shù)路線

2.1 收集井田及周邊地質(zhì)資料綜合分析研究

首先,收集井田及周邊永定莊、同忻礦地質(zhì)資料，分析區(qū)域煤層及構(gòu)造發(fā)育情況；其次，井下收集巷道已揭露的巖石巖性、發(fā)育特征等內(nèi)容，據(jù)此設(shè)計(jì)探孔數(shù)量及鉆孔參數(shù)；配合井下鉆孔探測(cè)，在地面布置補(bǔ)勘鉆孔，以便在更大范圍獲取地質(zhì)信息；最后利用各鉆孔成果數(shù)據(jù)及收集資料進(jìn)行綜合分析研究，繪制兩順槽掘進(jìn)前方預(yù)想剖面圖，進(jìn)一步確定地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育及煤層賦存情況，為地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的規(guī)模及空間展布特征的確定提供依據(jù)。2101、5101巷井下迎頭情況見圖1。

圖1 2101、5101巷井下迎頭情況

2.2 “四位一體”綜合探測(cè)技術(shù)體系

首先采用普鉆超前鉆探，其次采用槽波地震探測(cè)方法進(jìn)行探查，其中包括：工作面雙透反槽波、2101 巷反射槽波、5101巷、2101巷槽波超前探測(cè)，最后利用井下千米定向鉆探手段對(duì)該區(qū)域物探異常區(qū)、煤層賦存及構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行專項(xiàng)探測(cè)分析，根據(jù)綜合探測(cè)成果修繪兩順槽掘進(jìn)前方預(yù)想地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存剖面圖，進(jìn)一步驗(yàn)證該區(qū)域煤層賦存及構(gòu)造發(fā)育情況，為礦井下一步掘進(jìn)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

3 探查工程

1）地面補(bǔ)勘工程

為進(jìn)一步查清該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育及煤層賦存情況，前期已施工10 個(gè)地面補(bǔ)勘孔，工程量6 538 m?；咎矫髁嗽搮^(qū)域煤層發(fā)育情況，彌補(bǔ)了補(bǔ)勘不足的問題。

2）8101工作面透、反射槽波探測(cè)工程

確定在5101 巷、2101 巷分別布置激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)，測(cè)線總長(zhǎng)度為970 m，其中5101 巷長(zhǎng)550 m，2101巷長(zhǎng)420 m。采用透射槽波能量CT 成像法、反射槽波疊后偏移成像法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，反射異常與透射異常存在部分區(qū)域重合，結(jié)合礦方提供的地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析，其異常區(qū)如圖2所示。DZ1、DZ5解釋為斷層，DZ2 為夾矸或煤層破碎，DZ3 為頂板冒落影響，DZ4 為多斷層引起的煤層破碎帶。

圖2 8101工作面地震槽波勘探綜合地質(zhì)成果解釋圖

3）2101巷反射槽波探測(cè)工程

在2101 巷東側(cè)施工反射槽波探測(cè)，設(shè)計(jì)46 炮，實(shí)際完成45 炮（P39 塌孔）；2101 反射槽波設(shè)計(jì)46 道，實(shí)際布置46 道。依據(jù)巷道的反射槽波疊后偏移成像圖（見圖3），結(jié)合地質(zhì)資料成果解釋工作面存在1處異常區(qū)，該異常成條帶狀，走向與測(cè)線走向夾角約18°，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該異常為煌斑巖侵入所致。

圖3 2101巷反射槽波疊后偏移成果圖

4）2101、5101巷超前槽波地震探測(cè)工程

2101、5101 巷超前探共設(shè)計(jì)28 炮，實(shí)際放炮28炮。2101、5101 巷超前探共設(shè)計(jì)112 道，實(shí)際布置112道。

5101 巷超前探測(cè)成果解譯左、右?guī)透鞔嬖? 處異常區(qū)。綜合對(duì)比分析左幫和右?guī)统晒⒔Y(jié)合地質(zhì)資料，對(duì)反演成果進(jìn)行綜合推斷和解釋，DZ7 異常（左幫YC1 異常、右?guī)蚘C4 異常）推斷解釋為煌斑巖侵入界面；DZ8異常（左幫YC2異常、右?guī)蚘C5異常）推斷解釋為斷層；DZ9異常（左幫YC3異常、右?guī)蚘C6異常）推斷解釋為斷層。5101巷超前探測(cè)平面圖見圖4。

圖4 5101巷超前探測(cè)平面圖

2101 巷超前探測(cè)成果解譯左、右?guī)透鞔嬖? 處異常區(qū)。綜合對(duì)比分析左幫和右?guī)统晒?，并結(jié)合地質(zhì)資料，對(duì)反演成果進(jìn)行綜合推斷和解釋，DZ10異常（左幫YC1 異常、右?guī)蚘C4 異常）推斷解釋為煌斑巖侵入界面；DZ11 異常（左幫YC2 異常、右?guī)蚘C5 異常）推斷解釋為斷層；DZ12 異常（左幫YC3 異常、右?guī)蚘C6 異常）推斷解釋為斷層。2101巷超前探測(cè)平面圖見圖5。

圖5 2101巷超前探測(cè)平面圖

5）井下定向鉆探工程

為了進(jìn)一步驗(yàn)證及探明掘進(jìn)前方構(gòu)造發(fā)育及煤層賦存情況，在較復(fù)雜的2101巷施工2個(gè)定向鉆孔，工程量為270 m，已基本探明其構(gòu)造發(fā)育及煤層賦存情況，結(jié)合物探、鉆探及地面鉆孔資料繪制了兩順槽預(yù)想剖面圖如圖6所示。

圖6 2101巷及5101巷預(yù)想剖面圖

6）井下探孔窺視技術(shù)

針對(duì)物探異常區(qū)共施工20 孔，工程量1 600 m，分別對(duì)2101 巷6 孔、5101 巷8 孔進(jìn)行測(cè)斜，同時(shí)使用YCJ90/360 型礦用鉆孔測(cè)井分析儀實(shí)測(cè)14 孔，更為準(zhǔn)確地分析掘進(jìn)前方構(gòu)造及煤層賦存發(fā)育情況，如圖7所示。

圖7 鉆孔測(cè)斜、軌跡及曲線圖

7）驗(yàn)證成果綜合分析研究

根據(jù)物探、鉆探成果及地面鉆孔資料繪制了C3-5#層2101 巷及5101 巷地質(zhì)探測(cè)成果圖，通過兩順槽實(shí)際揭露情況與之前預(yù)計(jì)地質(zhì)構(gòu)造、火成巖影響區(qū)域位置及煤層賦存情況進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，結(jié)果相差不大，證明綜合探測(cè)技術(shù)成果能進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)精度同時(shí)給礦井順利圈出工作面提供可靠的地質(zhì)保障。

4 應(yīng)用推廣及經(jīng)濟(jì)效益

1）準(zhǔn)確、可靠的地質(zhì)資料是指導(dǎo)礦井生產(chǎn)部署的依據(jù)，受當(dāng)前勘探手段的局限，我們主要依靠鉆孔及地震成果獲取地質(zhì)資料，因此，在構(gòu)造發(fā)育復(fù)雜區(qū)域，常常由于煤層賦存突變或揭露隱伏構(gòu)造而影響采掘，甚至影響到采區(qū)部署。在巷道掘進(jìn)過程中，掘進(jìn)經(jīng)濟(jì)成本動(dòng)輒每米上萬元，不合理的工作面設(shè)計(jì)不僅造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，也造成不可再生資源的浪費(fèi)，因此采取綜合的構(gòu)造探測(cè)手段，提供準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，可以及時(shí)調(diào)整采區(qū)或工作面布置，節(jié)約大量的資金及資源。

2）本研究成果為煤峪口礦首采工作面起到了技術(shù)支持作用，根據(jù)物探成果，針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域僅施工15 孔（其中定向鉆孔2 個(gè)）已基本探明其地質(zhì)條件，減少鉆探進(jìn)尺約1 500 m，節(jié)約成本約15 萬元，同時(shí)解決了礦井提前拐切的難題，保障礦井石炭系水平延深建設(shè)整體進(jìn)度，工作面可采儲(chǔ)量增加了110 萬t，保證按時(shí)投產(chǎn)并完成目標(biāo)值，給后續(xù)礦井開拓提供了地質(zhì)依據(jù)，降低了無效進(jìn)尺，提高了生產(chǎn)效率，保證了礦井安全生產(chǎn)。

3）槽波探測(cè)不僅在煤巷中驗(yàn)證效果較好，在巖巷或者半煤巖巷道中也可以施工探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造。不僅可以探測(cè)巷道周圍的斷層，也可以探測(cè)陷落柱、破碎帶以及巖漿巖侵入，同時(shí)對(duì)構(gòu)造中導(dǎo)水導(dǎo)氣也有一定的預(yù)測(cè)作用。

通過研究綜合物探技術(shù)可以有效判斷工作面掘進(jìn)及回采區(qū)域隱伏地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、火成巖侵入及煤層賦存情況，結(jié)合相關(guān)常規(guī)地質(zhì)分析手段，綜合資料分析，可進(jìn)行全面、多方位的探查，提高預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)精度，為煤礦安全生產(chǎn)提供有力技術(shù)手段。針對(duì)掘進(jìn)工作面前方隱伏地質(zhì)構(gòu)造的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)具有一定的推廣價(jià)值。