綜合地質(zhì)勘探在回采工作面構(gòu)造發(fā)育區(qū)域精細(xì)探查中的應(yīng)用

趙倩

【摘 要】 為了掌握回采工作面開(kāi)采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況及類(lèi)型，文章以5706綜放工作面為研究對(duì)象，提出采用無(wú)線電坑透+鉆探方式對(duì)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(cè)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用。結(jié)果表明：在采面使用無(wú)線電坑透時(shí)，通過(guò)加密測(cè)點(diǎn)及測(cè)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(duì)性;在鉆探時(shí)通過(guò)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(duì)發(fā)育的5個(gè)陷落柱、一個(gè)斷層以及5個(gè)煤體破碎區(qū)范圍進(jìn)行確定，煤炭回采時(shí)根據(jù)探測(cè)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(guò)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(cè)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(lèi)號(hào)】 TD166 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2021）02-0001-03

我國(guó)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(kāi)采時(shí)受地質(zhì)構(gòu)造影響更為明顯，對(duì)回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)探查對(duì)確保煤炭開(kāi)采效益及開(kāi)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(cè)技術(shù)包括有槽波地震、無(wú)線電坑透、鉆探等。槽波地震雖然可探測(cè)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(cè)過(guò)程繁瑣且存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn);無(wú)線電坑透則有探測(cè)效率高、探測(cè)結(jié)果可信度高等優(yōu)點(diǎn)。為此文中提出通過(guò)加密無(wú)線電坑透測(cè)網(wǎng)并結(jié)合鉆孔窺視技術(shù)對(duì)采面內(nèi)構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)化探測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)取得較好的探測(cè)效果。

1工程概況

山西某礦5706綜放工作面推進(jìn)長(zhǎng)度、切眼斜長(zhǎng)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(cè)資料，在5706綜放工作面回采范圍內(nèi)至少有4個(gè)長(zhǎng)軸在30m以上的陷落柱（編號(hào)X02、X07、X11）。回采巷道掘進(jìn)過(guò)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(jiàn)圖1。

2地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)化探查

2.1無(wú)線電坑透

2.1.1現(xiàn)場(chǎng)布置

本次無(wú)線電坑透探測(cè)采用的透視儀型號(hào)為WKT-E型號(hào)，5706綜放工作面切眼斜長(zhǎng)295m。根據(jù)切眼寬度、無(wú)線電坑透經(jīng)驗(yàn)以及井下探測(cè)頻率試驗(yàn)結(jié)果，無(wú)線電透視頻率確定為0.5MHz?，F(xiàn)場(chǎng)探測(cè)采用定點(diǎn)法，即發(fā)射機(jī)位置相對(duì)固定，接收機(jī)在一定范圍內(nèi)逐點(diǎn)測(cè)定電磁波能量。接收點(diǎn)、發(fā)射點(diǎn)間距分別為10m、50m。5706綜放工作面探測(cè)長(zhǎng)度為1460m，采面兩巷內(nèi)發(fā)射點(diǎn)及接收點(diǎn)數(shù)量分別為60個(gè)、296個(gè)，并分兩次對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

第一次探測(cè)時(shí)一個(gè)發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的接收點(diǎn)數(shù)量為6～11個(gè)，具體見(jiàn)圖2（a）;第二次探測(cè)時(shí)一個(gè)發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的接收點(diǎn)數(shù)量為11～21個(gè)，具體見(jiàn)圖2（b）。

2.1.2探測(cè)數(shù)據(jù)處理分析

從電性特征來(lái)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(cè)區(qū)內(nèi)存在斷層、陷落柱等構(gòu)造時(shí)，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(duì)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(chǎng)獲取到的數(shù)據(jù)較為完整，在探測(cè)范圍內(nèi)不存在明顯的干擾，具體545～565號(hào)接收點(diǎn)接收到的50號(hào)探測(cè)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)及衰減系數(shù)曲線見(jiàn)圖3。

從圖中看出5706綜放工作面內(nèi)探測(cè)曲線變化符合無(wú)線電坑透的探測(cè)規(guī)律。同時(shí)也說(shuō)明探測(cè)結(jié)果具有較高的可信度。根據(jù)探測(cè)結(jié)果反演得到煤巖體CT成像圖（見(jiàn)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(shí)、裂隙不發(fā)育;斷層破碎帶裂隙發(fā)育。因此，采用無(wú)線電坑透時(shí)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(wú)線電坑透探測(cè)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(lèi)似，結(jié)合已有的地質(zhì)資料以及無(wú)線電透視結(jié)果，推斷KFYC1區(qū)域?yàn)橄萋渲?、KFYC4～ KFYC5區(qū)域?yàn)閿鄬蛹捌扑閹А?/p>

2.2鉆探分析

結(jié)合無(wú)線電透視結(jié)果，在5706回采巷道內(nèi)布置鉆孔，通過(guò)結(jié)合鉆孔最近過(guò)程的巖性變化以及鉆孔窺視結(jié)果對(duì)無(wú)線電透視結(jié)果進(jìn)行判定。當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)及窺視過(guò)程中顯示煤巖體破碎且?jiàn)A雜有7#煤層頂板砂巖時(shí)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(guò)程中依次出現(xiàn)煤層、破碎區(qū)（裂隙帶）、煤層頂（底）板時(shí)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(guò)程中均為破碎煤巖體且未穿越任何明顯的煤巖界面時(shí)，則可判定鉆孔鉆探區(qū)域?yàn)槊后w破碎帶。

鉆孔在KFYC1異常區(qū)范圍內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)鉆孔窺視圖像見(jiàn)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(guò)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(shí)前后鉆孔窺視成果見(jiàn)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(cè)到的地質(zhì)構(gòu)造賦存情況見(jiàn)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(duì)揭露的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)記錄，在回采時(shí)共揭露有5個(gè)陷落柱以及一條斷層。通過(guò)比對(duì)采面回采時(shí)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(shí)際揭露位置有較大偏差;而在采面精細(xì)化探查（無(wú)線電坑透+鉆探）探測(cè)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(guò)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(guò)提前預(yù)注漿、強(qiáng)化頂板管理等措施，采面在過(guò)地質(zhì)構(gòu)造時(shí)未出現(xiàn)頂板冒落問(wèn)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(cè)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(guò)加密無(wú)線電坑透測(cè)點(diǎn)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(shí)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(lèi)型提供指導(dǎo)。

根據(jù)該礦區(qū)以往坑透經(jīng)驗(yàn)，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?yàn)橄萋渲?、KFYC2～ KFYC5區(qū)域?yàn)閿鄬蛹捌扑閹?。后續(xù)鉆孔排渣及鉆孔窺視結(jié)果也驗(yàn)證了無(wú)線電坑透結(jié)果。

在5706綜放工作面采取精細(xì)化探測(cè)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(cè)結(jié)果采取針對(duì)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(guó)恩.槽波地震勘探技術(shù)在采煤工作面構(gòu)造探測(cè)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(wú)線電波透視技術(shù)精細(xì)化探測(cè)研究[J].中國(guó)煤炭，2020，46（4）：83-86.

[3]焦陽(yáng)，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(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭，2019，45（11）：53-58.

[4]馬生勇.無(wú)線電波透視技術(shù)在采煤工作面地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)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(wú)線電波透視探測(cè)[J].黑龍江科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，29（3）：341-345.

[6]胡澤安.煤層工作面透射地震波場(chǎng)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(bào)，2013，10（1）：99-106.

[8]關(guān)金鋒.采煤工作面小構(gòu)造探測(cè)及動(dòng)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(kāi)拓巷道穿過(guò)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(zhǎng)偏移距無(wú)線電波透視成像研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2017.