綜合地質勘探方法在麻家梁礦的應用

李曉旭 劉永芳

0 引言

同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司是一座千萬噸大型礦井，工作面采用走向長壁大型機械化采煤方法。14204工作面為二采區正在掘進工作面，順槽長度為2 900 m，切巷長度234.5 m，將作為14202回采工作面接替面。14204切巷在掘進至170 m時揭露一條走向近180°，落差10米正斷層，該斷層對切巷的掘進及以后工作面回采影響較大，為了保證工作面的正常掘進及回采接替，采用多種地質勘探手段對該斷層影響區域進行探查，確定斷層延伸發展情況，結合14204已掘切巷揭露斷層情況，綜合分析利蔽，在保證多采煤，減少煤量損失情況下，最終確定新開切眼布置方案，確保工作面的正常圈定，實現資源利用最大化。

針對本次地質工作中遇到的實際情況，研究通過重新分析核實已有三維地震勘探資料，開展反射波槽波勘探，在結合物探勘探成果后，進行了千米定向鉆機和小鉆機勘探驗證，采用多種勘探手段對地質條件復雜區域進行了全面探查，確保地質資料準確無誤。

1 三維地震資料分析

三維地震勘探方法是在地面上按照設計要求布置條測線(兩組測線相互垂直)，沿測線進行地震勘探施工，依靠震源，采用面線接受方式采集地下地層反射回地面的地震波信息，經過計算機處理后得到三維數據體，可根據工作需要提取地質信息。三維地震勘探可在復雜的地質結構條件下應用，可確定小幅度、小范圍或難定的構造；可以解決精確的三維地下地質模型；可在地表條件使二維技術難以施展的地區應用。

14204切巷在掘進中揭露落差10米斷層后，對前期在本區域進行的地面三維地震資料進行復核分析，通過研究，基本確定所研究區域內斷層走向及延伸發展情況，得出斷層向北延伸落差是逐漸變小，由于三維地震在實踐中存在局限性，在勘探任務中，落差5米以下斷層判斷準確度較低，平面位置誤差范圍是±15米，另一方面由于存在地震信息的缺失，所觀測系統搜集到的信息難以有效顯示落差較小的斷層，同時由于信息解釋的不準確，會導致所勘探成果準確性較差，影響物探工作的科學性和可靠性，因此前期三維地震勘探作為一種間接的勘探方法，無法滿足本次需要，因此在井下巷道進行了巷道反射波槽波勘探做進一步探查。

2 反射波槽波探測

反射波槽波探測是利用導波在煤層中激發、傳播、反射波接收來探查煤層連續性的一種物探方法，具有精度高、距離遠、抗干擾能力強、波形易識別待優點，廣泛應用于井下探測地質不連續體構造。

為了進一步探明14204工作面斷層走向及延展長度，開展本次反射波槽波探測。炮點布置于14204輔運順槽，間距設定為10米，由切眼向主巷道方向一側共延展800 m，如圖1所示的紅色圓形。檢波點布置于切巷和輔運順槽，間距也為10 m，如圖1所示藍色三角形。由切眼向主巷道方向一側共延展800 m，炮點和檢波點重合，施工時，由大巷一側向切巷方向施工，以膠帶順槽一側已掘成的150 m巷道的槽波反射作為對比段。在本次槽波勘探時，所獲得的原始槽波記錄的質量較高，可以用來進行反射槽波勘探的資料處理和解釋。

圖1 反射槽波探測炮檢點布置示意

圖2 工作面槽波成像剖面解釋成果

數據解釋：對于反射槽波勘探來說，其對斷層落差的分辨率一般是煤層厚度的1/3～1/2。由于14204工作面中的煤層厚度約為10 m，在槽波成像剖面中，可以識別反射槽波同相軸的斷層對應落差應大于3 m。如果斷層落差小于3 m，在槽波成像剖面中基本無法識別出反射同向軸。如果斷層距觀測點的距離相同，則反射槽波同相軸越強，其所對應的斷層落差越大。但如果斷層距離觀測點的距離不同，同等落差斷層所對應反射槽波同相軸的強度將不同。距離觀測點越近，反射槽波同相軸的強度越大，同相軸的信噪比越高；反之，反射槽波同相軸的強度越小，同相軸的信噪比越低。根據這一原則，可以確定斷層落差。由于本次反射槽波的觀測點全部布置輔運順槽之中，因此以輔運順槽為基準確定斷層落差，本次探查共探測出4條斷層，斷層落差均介于3～10 m之間，解釋結果如圖2。

礦井工作面反射槽波勘探作為井下物探方法的一種，具有所有物探方法的共同特點，即勘探成果的間接性和多解性，由于反射槽波勘探的原理是記錄斷層面反射回來槽波，而不觀測本身；另外，反射槽波只有當斷層和煤彈性屬差異較大時才能產生。因此，所獲得的槽波成像剖面是間接成果，而不是直接成果，不可避免地和實際情況間存在一定差異。需要進行鉆探進一步驗證。

3 千米定向鉆機及150小鉆機進行鉆探驗證

千米定向鉆機是通過計算機控制鉆頭進行導向和探測的一種探測方法，可實現人為控制軌跡，廣泛應用于礦山、油氣等需要可控軌跡、精度要求高的工程，可實現構造探查、油氣抽采、疏水注漿等目的，具有精度高，靶向性好，定向鉆孔層位準、距離長，整機轉場靈活，操作簡單可靠，自動化程度高，施工速度快等優點，施工成本相對較高。150小鉆機則采用較為簡單的鉆探探測方法，成本低、速度快、鉆探距離短、應用廣泛，可實現簡單的構造探查、物探驗證工作，可對小范圍實現精準探測。

由于以上物探方法上的局限性，無法準確確定斷層發展情況，固對前述物探成果進行鉆探驗證。由于150鉆機無法滿足鉆探精度要求，先期采用千米定向鉆機于14204輔運巷進行勘探，后期于14204膠帶巷進行小鉆機鉆探驗證。如圖3所示。

圖3 鉆探布置

千米鉆機鉆探：于14204輔運順槽切眼退后245米處進行鉆探，鉆探深度209米，沿切巷方向向工作鉆探。

圖4 14204輔運巷千米定向鉆機探測示意剖面

經千米鉆機探查后，經分析得出，鉆探路徑內煤層產狀無大起伏，鉆至173米處落差6米斷層，斷層兩盤煤層頂板有明顯落差，綜合考慮，工作面內在煤層穩定前提下，存在落差6米左右斷層，定為CF2斷層落差（見圖4）。考慮到成本，本區域僅施工一個千米鉆孔，無法準確斷定斷層延伸情況。經分析CF1斷層距14204膠帶巷較近，采用150小型鉆機對該斷層進行進一步探查。

150鉆機鉆探：于14204膠帶巷向工作面布置5組鉆孔，方位角為135°，鉆孔深度90米，鉆探結果顯示，鉆探范圍內無斷層跡像，基本確定鉆探范圍內無大斷層構造。

綜合考慮以上所有勘探成果，結合14204膠帶順槽掘進過程中于2 488米左幫揭露落差5米斷層（根據巷道揭露向南延伸落差最大7米，遇計向南延伸落差有增大可能性）,定義該斷層為CF4斷層。考慮到當前回采工藝，結合本區域內斷層探查的結果，綜合考慮后，最終將切眼布置于2 505米處，掘進情況圖5所示。

圖5 14204切巷剖面示意

4 結語

根據切巷掘進情況分析，前期所做勘探為掘進方案提供了較為準確的地質資料，保證了掘進的正常進行，同時，切巷合理的掘進方案，減少斷層對掘進的影響，將今后對工作面回采影響降到最低，成功確保工作面的正常銜接和降低了損失煤量。總體來看，在采用較為合理掘進方案的情況下，將生產損失降到最低，節約生產時間和經濟成本，避免了更大的損失和浪費。在針對地質構造條件復雜或地質情況不明的區域時，采用多種勘探手段對異常區域進行了全面探查，實現多種手段優勢互補，可以在實踐應用中相互驗證，提高準確性，本著物探先行，鉆探驗證的原則，采用千米鉆機及小鉆機彌補物探的不足，在實際工作中，單一的勘探手段很難達到理想的探測效果，需要結合已有勘探成果以及綜合運用其他手段方可達到比較理性的效果。

[1]李延貴.淺談綜合地質勘探方法在地質勘探中的應用[J/OL].世界有色金屬,2017(19):171-172.

[2]廉潔,李松營,等.槽波地震勘探技術在義馬礦區的應用[J].煤炭科學技術,2015,43(12):162-165.