淺談尋找斷失翼煤層的方法

徐 慶,李鳳申,李 鑫

(棗莊礦業集團高莊煤業有限公司,山東 微山 277605)

1 工程概況

高煤公司所屬地層屬華北地層大區晉冀魯豫地層區魯西地層分區濟寧地層小區,井田內含煤地層為石炭—二疊紀月門溝群太原組、山西組,現采煤層3號煤位于山西組。3號煤中有平均厚度10 cm的夾矸,3號煤層分為3上煤層和3下煤層分層開采。

該公司采用前進式開采,上水平采空區越來越多,礦井運營成本、采場地質條件復雜性逐年提高。斷層在構造帶給頂板支護帶來很大的安全隱患,造成無效進尺甚至巷道報廢,浪費了人力、物力、財力。因此,對尋找掘進巷道斷失翼煤層的前瞻性、準確性提出了更高的要求[1-3]。

2 方法一——層位對比法、生產鉆探法

2.1 地點:3上1106運輸巷

3上1106運輸巷地層綜合柱狀圖見圖1。

圖1 3上1106運輸巷地層綜合柱狀圖Fig.1 Comprehensive strata histogram of 3-1106 transportation roadway

3上1106運輸巷巷道頂底板物理性質、地層產狀如下：

1)3上煤基本頂為粉、細粒砂巖互層,厚度56.40 m～84.50 m,平均為66.50 m,粉砂巖,深灰色,質純,塊狀構造,含黃鐵礦星點狀及炭化植物化石碎片,具擦痕;細砂巖,灰色,質不純,含粉砂質,以石英、長石為主含云母碎片及暗色礦物,泥質膠結,夾粉砂巖細條帶及菱鐵礦鮞狀條帶,構成發育的水平、波狀及斜層理。

2)直接頂為粉粒砂巖,厚度6.15 m～9.15 m,平均為7.60 m,深灰色,質純,塊狀,含炭化植物化石碎片及保存不完整的柯達樹化石。

3)直接底為砂質泥巖,厚度4.82 m～17.2 m,平均8.4 m,深灰色,致密,含砂均勻,上部夾細砂巖條帶,含黃鐵礦及菱鐵礦結核。

4)基本底為粉粒砂巖,厚度8.93 m～14.07 m,平均10.80 m,灰黑色,質純,致密,局部夾層狀菱鐵礦結核,具擦痕,壓性裂隙不發育。

3上1106運輸巷巷道頂底板巖石強度參數如表1所示。

表1 巖石強度參數表Table 1 Rock stress parameters

3上1106工作面所處地層總體為單斜構造,走向51°、傾向321°。煤巖層產狀較穩定,煤巖層傾角最小7°,最大20°,平均11.8°[4]。

2.2 3上1106運輸巷斷失翼煤層的尋找

1)當施工至隱伏斷層約130 m時,揭露兩條次生正斷層,落差分別為1.7 m、2.5 m,均未超過一個煤層厚度,煤巖層傾角接近平均值,巷道正常掘進。

2)每隔50 m在巷道底板和頂板+90°,設計施工2個鉆孔,分別探測3上煤層、3上煤層底板巖石厚度及3下煤層厚度,邊探邊掘,排查煤層有無較大斷層。3上1106運輸巷平面示意圖見圖2。

圖2 3上1106運輸巷平面示意圖Fig.2 Sketch map of 3-1106 transportation roadway

3)通過兩條次生正斷層后，巷道再掘進100 m，頂板巖層傾角突然變大，煤巖層傾角由后傾變前傾，滑面增多出現揉皺、破碎現象，煤體呈魚鱗狀，煤巖層產狀發生顯著變化。

4)在巷道17#導線點處底板上2.0 m、2.2 m處開孔，順煤巖層傾角設計-2°、-4°兩鉆，施工進尺31 m、39 m，鉆孔見粉砂巖，由圖1煤層綜合柱狀圖可知3上煤層頂板為粉粒砂巖，故用層位對比法判斷為3上煤層頂板，斷層位置的確定，見圖3。

圖3 3上1106運輸巷剖面示意圖Fig.3 Cross-section profile of 3-1106 transportation roadway

5)斷層位置探測清楚后，-90°、+90°由每隔50 m改為每隔20 m探測斷層落差；在該巷道18#導線點前10 m處，頂板+90°處一鉆：穿過1.2 m粉砂巖見厚度為4.5 m煤層(3上煤層)；18#導線點前12 m處，底板-90°處一鉆：依次穿過4.2 m煤(3上煤層)、9.7 m砂質泥巖、3.5煤層(3下煤層)，則得出斷層落差為8.0 m、斷層性質為逆斷層。

6)巷道由下山-4°煤層底板掘進更改為上山挑頂+9°掘進,以較短破巖石距離掘進至對盤3上煤層底板砂質泥巖及3上煤層中。

3 方法二——作圖分析法、規律類推法

3.1 地點:3上1106撤架通道

3上1106撤架通道的頂底板物理性質、地層產狀與3上1106運輸巷基本一致。

3.2 3上1106撤架通道斷失翼煤層的尋找

1)收集已揭露3上1106運輸巷及3上1106材料巷相關地質資料,計算出開門點3上煤層底板標高Bk為-487.2 m,煤層傾角為7°,代入式(1)(2),推算出物探斷層FD18上盤斷煤交線處3上煤層底板標高Bs:

Hgc=L×sina=99.7×sin 7°=12.2 m.

(1)

Bs=Bk+Hgc=-487.2+12.2=-475.0 m.

(2)

式中:Hgc為開門點至FD18上盤斷煤交線處高差,m;L為開門點至FD18上盤斷煤交線處平距,99.7 m;a為煤層傾角,7°;Bs為FD18上盤斷煤交線處3上煤層底板標高, m;Bk為開門點處3上煤層底板標高,-487.2 m。

同理，計算得出下盤3上煤層底板標高Bx=-482.0 m。圖4為3上1106 撤架通道平面示意圖,由圖4可知FD18物探斷層產狀為后傾,而計算結果為前傾。在圖4距離物探斷層預測位置99 m處,3上1106材料巷揭露兩條斷層產狀為前傾,結合規律類推法可推測此斷層產狀為前傾[5-6]。

圖4 3上1106 撤架通道平面示意圖Fig.4 Sketch map of 3-1106 removal roadway

2)當巷道掘進至2#點前9 m時順煤層傾角+8°、+10°超前探測2鉆,分別在18 m、17.4 m處見到粉粒砂巖斷層面;由于上部透窩老巷道1106材料巷標高與2#點標高基本一致,則巷道由上山掘進改為臥底平巷掘進。3上1106撤架通道剖面示意圖見圖5。

圖5 3上1106 撤架通道剖面示意圖Fig.5 Cross-section profile of 3-1106 removal roadway

3)當巷道施工至2#點前39 m時,-90°巷道底板施工一鉆進尺19 m,依次穿過3上煤層、3上煤層底板砂質泥巖、3下煤層,則斷層性質與斷距確定。

4 結束語

由于尋找斷失翼煤層準確及時,在該公司3上1106運輸巷、3上1106撤架通道掘進中分別挑頂、臥底,以較小的破巖石量通過這兩條斷層,避免了無效進尺。

在實際操作中一種方法尋找斷失翼煤層往往比較困難,通常需要結合多種方法進行比較分析,才能做出準確判斷。該公司結合實際地質資料,現場觀測煤巖層狀的異常,結合見斷層前的征兆加密鉆探,較準確的尋找到斷失翼煤層,給斷層處理指明了方向,為中小煤礦處理此類問題提供了借鑒。