潞安高河礦“三角煤”探測(cè)小斷層的方法及研究

高偉

（山西高河能源有限公司，山西長治 046000）

潞安高河礦“三角煤”探測(cè)小斷層的方法及研究

高偉

（山西高河能源有限公司，山西長治 046000）

小斷層的存在影響著井下巷道的正常掘進(jìn),高河礦“三角煤”探測(cè)法是準(zhǔn)確探測(cè)小斷層性質(zhì)及參數(shù)的有效方法之一，文章以高河礦E1310工作面Fe110斷層為例，系統(tǒng)的闡述了這一方法。

斷層；鉆探；煤厚；三角煤

一般來講，小斷層大致有三方面的含義：一是在常規(guī)勘探的地震資料解釋中,利用通常的斷層識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)難以發(fā)現(xiàn)其存在；二是斷層的斷距和延伸長度上規(guī)模都比較小[1]。三是在一些文獻(xiàn)中把落差小于5 m的斷層稱之為小斷層。隨著煤礦綜采及掘進(jìn)機(jī)械化程度的不斷提高，小斷層的存在影響著井下巷道的正常、快速掘進(jìn)。為了給生產(chǎn)業(yè)務(wù)科室及采掘隊(duì)組提供詳盡、準(zhǔn)確的斷層參數(shù)，保障礦井的安全生產(chǎn)，斷層參數(shù)的勘探工作顯得尤為重要。

1 “三角煤”探測(cè)法

“三角煤”是指在掘進(jìn)巷道剖面圖中煤層的賦存由于斷層的存在產(chǎn)生斷裂，斷層面與斷層上盤（或下盤）煤層頂?shù)装寮跋锏谰蜻M(jìn)迎頭工作面組成的三角區(qū)域。

具體探測(cè)方法闡述如下：巷道掘進(jìn)過程中（假設(shè)巷道沿底板掘進(jìn)）遇到前方煤層底板斷裂。可以在掘進(jìn)工作面迎頭處垂直向下施工底板勘探鉆孔，鉆孔巖性變化為巖-煤-巖。巷道沿底板掘進(jìn)剖面圖，見圖1。可判斷該斷層傾向與掘進(jìn)方向相反，進(jìn)而確定該斷層為逆斷層。根據(jù)鉆孔的深度及反渣情況大致確定斷層在施工鉆孔處的落差。根據(jù)底板的斷裂延伸趨勢(shì)大致判斷該斷層的走向。有時(shí)也可以根據(jù)巷道兩幫揭露的斷層情況通過水平拉線，測(cè)量準(zhǔn)確的斷層走向。

當(dāng)掘進(jìn)過程中（假設(shè)巷道沿底板掘進(jìn)），遇到前方煤層底板突然抬起。可以在掘進(jìn)工作面迎頭斜上方，施工勘探鉆孔，若鉆孔反渣一直為巖粉，可適當(dāng)增大鉆孔角度。當(dāng)鉆孔巖性變化若為煤-巖-煤時(shí)巷道沿頂板掘進(jìn)剖面圖，見圖2。可判斷該斷層傾向與掘進(jìn)方向相反，進(jìn)而確定該斷層為正斷層。鉆孔施工過程中根據(jù)鉆進(jìn)的煤、巖深度，鉆孔角度，本盤煤層傾角，再結(jié)合煤層厚度，可以繪制該斷層的預(yù)想剖面。

掘進(jìn)過程中還可能會(huì)遇到巷道沿頂板掘進(jìn)；斷層傾向與掘進(jìn)方向相同以及巷道沿給定坡度施工等其他情況，探測(cè)鉆孔的巖性變化會(huì)各不相同。具體問題應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際具體分析。“三角煤”的探測(cè)方法的具體應(yīng)用此處不再贅述。高河礦煤厚6～7.3 m,厚度穩(wěn)定。傾角小（0°～8°），屬厚層近水平煤層。經(jīng)過“三角煤”探測(cè)法后，結(jié)合鉆孔數(shù)據(jù)，巖性變化，根據(jù)煤層厚度大致一致原則（包括斷層面附近），可繪制斷層區(qū)域預(yù)想剖面。

2 Fe110斷層探測(cè)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 E1310工作面概況

E1310工作面位于高河礦井東一盤區(qū)北部。該工作面整體為單斜構(gòu)造，西低東高，煤層傾角+2° ～+7°，煤層平均厚度6.7 m。切眼長度300 m，順槽長1 000 m。開采煤層為二疊系山西組3號(hào)煤層。偽頂為厚0.1～0.4 m灰黑色，薄層狀，水平層理，局部含炭質(zhì)碎屑泥巖。直接頂為厚3.85～4.07 m的灰黑色-暗灰色，薄-中厚層狀，夾細(xì)砂條帶，水平層理砂質(zhì)泥巖-泥巖。直接底為厚0.44～1.16 m的深灰色，薄-中厚層狀，含植物化石，含砂巖包體的粉砂巖。

2.2 Fe110斷層揭露概述

E1310進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面揭露Fe110斷層情況；當(dāng)時(shí)該工作面迎頭見夾矸厚1.63～3 m,白色砂巖，硬度大。巷道自斷面見巖以來已掘進(jìn)3.6 m。E1310進(jìn)風(fēng)順槽工作面素描展開圖，見圖3。

2.3 Fe110斷層鉆探情況

首先利用風(fēng)鉆向迎頭砂巖下部煤層打鉆施工1號(hào)孔，角度為-25°，鉆探至1.5 m處見巖。確定了掘進(jìn)前方砂巖下的煤層在前方處尖滅。然后退后工作面3.6 m(揭露巖石時(shí)的位置)、5 m分別施工2號(hào)、3號(hào)孔分別探測(cè)頂板煤厚，結(jié)果均為2.5 m（巷高4.2 m，巷道沿煤層底板掘進(jìn)）。得出2號(hào)、3號(hào)孔施工區(qū)域煤層賦存完好區(qū)域仍未本盤煤層。根據(jù)現(xiàn)場勘探發(fā)現(xiàn)迎頭矸石為深灰色的粉砂巖，硬度大,并非平時(shí)煤層中夾矸（黑色泥巖，硬度很小）。另外此處煤巖交界面發(fā)現(xiàn)有明顯的扭曲錯(cuò)動(dòng)及牽引現(xiàn)象。推斷迎頭砂巖并非夾矸而是由于斷層導(dǎo)致煤層底板抬升。粉砂巖下的薄煤層為斷層上盤煤層受到擠壓應(yīng)力導(dǎo)致煤層分叉。隨后，為驗(yàn)證該推斷，采用“三角煤”的探測(cè)法施工勘探鉆孔。在工作面退后8 m的位置，向頂板施工傾角為+20°的4號(hào)孔，該孔穿越煤層厚度為9 m，之后為全巖鉆進(jìn)，累計(jì)孔深21 m。鉆孔巖性為煤-巖。5號(hào)孔首先穿越煤層厚度為3 m，之后為穿越巖層3.5 m,隨后又見煤，穿越煤層2.5 m后，又見巖。繼續(xù)鉆進(jìn)，為全巖，累計(jì)孔深19 m。（巖性為煤-巖-煤-巖）。根據(jù)巷道兩幫揭露的斷層情況，通過水平拉線，確定了斷層走向。最后實(shí)地丈量了斷層的落差及傾角。至此勘探過程結(jié)束。上井后通過內(nèi)業(yè)處理，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際鉆探情況繪制了Fe110斷層的預(yù)想剖面，見圖4。隨后，生產(chǎn)業(yè)務(wù)部門根據(jù)我地測(cè)人員給定的斷層參數(shù)及預(yù)想剖面，制定了相應(yīng)的過斷層方案，順利的通過了Fe110斷層區(qū)域。

3 結(jié)論

1）“三角煤”探測(cè)法一般適用于落差小于煤層厚度的小斷層。對(duì)于落差比較大的斷層可結(jié)合物探儀器與鉆探手段相結(jié)合的方法。實(shí)際施工鉆探鉆孔時(shí)需選用鉆機(jī)功率與扭矩比較大的鉆探設(shè)備。

2）為準(zhǔn)確探明斷層參數(shù)須將煤厚探測(cè)與“三角煤”探測(cè)法有機(jī)的結(jié)合。

3）施工探測(cè)鉆孔時(shí)，鉆孔角度和鉆孔內(nèi)的巖性變化及變化深度應(yīng)當(dāng)及時(shí)記錄，為后續(xù)繪制斷層預(yù)想剖面提供準(zhǔn)確的原始探測(cè)依據(jù)。

4）由于受到斷層作用的影響，斷層面附近煤層可能出現(xiàn)分叉，需結(jié)合煤層夾矸、煤層層理、是否有牽引和扭曲錯(cuò)動(dòng)等斷層標(biāo)志認(rèn)真分析。判別此類斷層性質(zhì)及參數(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際具體問題具體分析。

[1]王彥輝，王歡，李綱，等.小斷層的識(shí)別方法[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2000,19(5):31-32.

Detecting Small Faults with Triangular Coal in Goahe Mine

GAO Wei
(Shanxi Gaohe Energy Co.,Ltd.,Changzhi 046000,China)

Small faults affect normal driving.Triangular coal is one of effective methods that could precisely detect the properties and parameters of the small faults.The paper systematically illustrated the method with the Fe110 fault in E1310 working face in Gaohe Mine.

fault;drilling;coal thickness;triangular coal

TD823

A

1672-5050（2015）02-0016-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.006

（編輯：薄小玲）

2014-10-28

高偉（1986-），男，山西晉城人，大學(xué)本科，助理工程師，從事礦井地質(zhì)工作。