斷層構(gòu)造的精細(xì)化探測技術(shù)實踐分析

胡 鵬

（山西潞安集團(tuán)蒲縣伊田煤業(yè)，山西 臨汾 041000）

我國煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，各類地質(zhì)構(gòu)造廣泛發(fā)育，造成煤層賦存條件發(fā)生變化，對煤礦巷道掘進(jìn)、綜采工作面回采、瓦斯防治以及礦井水害防治等都有較大的影響，極易引起安全事故。對各類構(gòu)造的精細(xì)化探測能夠準(zhǔn)確掌握構(gòu)造的分布情況，為礦井安全開采提供保障。三維地震[1]、無線電波坑透[2]、瞬變電磁法[3]、CT 成像[4]、槽波地震法[5]等多種物探方法已在煤礦構(gòu)造探測中廣泛應(yīng)用，可以提前對構(gòu)造賦存情況進(jìn)行確定，提供初步參考，但是其在構(gòu)造參數(shù)的精確性上仍然有待提高。本文以伊田煤業(yè)DF38 斷層為背景，在三維地震的基礎(chǔ)上采用鉆探法對斷層參數(shù)進(jìn)行精細(xì)化探測。

1 工程概況

伊田煤業(yè)二二采區(qū)南翼探巷由11 號煤東翼帶式輸送機大巷197m 處開口，由北向南掘進(jìn)，工作面開口40m 穿越11 號煤回風(fēng)大巷，西部、東部為實體煤，南至井田邊界保護(hù)煤柱。11 號煤二二采區(qū)南翼探巷設(shè)計長度為1184m，工作面標(biāo)高1080～1100m，對應(yīng)地表標(biāo)高1380～1445m。所在11號煤平均煤厚8.3m，設(shè)計斷面為矩形，沿底板掘進(jìn)，巷道寬4.5m，高3.2m，工作面設(shè)計采用錨網(wǎng)索+鋼筋梯子梁聯(lián)合支護(hù)形式。根據(jù)井田三維地震勘探資料顯示，二二采區(qū)南翼探巷掘進(jìn)至296m 時，可能遇到DF38 正斷層（走向為EW，傾向為N，傾角50°～65°，落差0～20m）。但根據(jù)對應(yīng)上覆2#煤已回采的1106 工作面未發(fā)現(xiàn)該構(gòu)造，預(yù)計南翼探巷揭露區(qū)域落差2m。DF38 斷層區(qū)域可能出現(xiàn)煤層錯位、變薄及尖滅現(xiàn)象，斷層前方坡度-2°，斷層后方坡度-0°39′下山。

2 鉆探設(shè)計

綜合勘探資料，預(yù)測斷層落差及走向，以此作為鉆探設(shè)計的依據(jù)。依據(jù)勘探資料在距斷層30m 處采用鉆探的方式對斷層進(jìn)行詳細(xì)探測。

2.1 探測鉆孔布置參數(shù)

南翼探巷掘進(jìn)距DF38 正斷層30m 處布置探查鉆場，共布置6 個鉆孔，編號為1～6#鉆孔，其中1～4#鉆孔位于巷道掘進(jìn)中心線，5#和6#鉆孔位于兩側(cè)。施工時先施工1#孔求證構(gòu)造的實際位置，再施工2#、3#、4#鉆孔探測構(gòu)造落差及區(qū)域坡度，最后施工5#、6#鉆孔探測構(gòu)造影響范圍。

鉆孔具體參數(shù)為：1#鉆孔開孔高度距巷道底板1.25m，位于巷道中心線，垂直方向以-2°打設(shè)，在水平方向上與巷道軸向保持一致，鉆孔深度為60m；2#鉆孔位于1#鉆孔上部，開孔高度距巷道底板1.5m，仰角為1°，在水平方向上與巷道軸向保持一致，鉆孔深度為60m；3#鉆孔位于2#鉆孔上部，開孔高度距巷道底板1.75m，仰角為5°，在水平方向上與巷道軸向保持一致，鉆孔深度為70m；4#鉆孔位于3#鉆孔上部，開孔高度距巷道底板2.0m，仰角為6°，在水平方向上與巷道軸向保持一致，鉆孔深度為57m；5#鉆孔位于巷道中心線左偏1.25m處，開孔高度距巷道底板1.25m，以-3°俯角打設(shè)，方位角158°，鉆孔深度為66m；6#鉆孔位于巷道中心線右偏1.25m 處，開孔高度距巷道底板1.25m，仰角5°打設(shè)，方位角202°，鉆孔深度為67m。鉆孔布置如圖1 所示，參數(shù)見表1。

圖1 DF38 正斷層探查孔布置示意圖

表1 鉆孔參數(shù)表

2.2 鉆孔施工技術(shù)要求

鉆孔施工時應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：（1）鉆機高度調(diào)整控制在±50mm，角度誤差控制在±1°；（2）如前方遇瓦斯異常，頂、卡鉆現(xiàn)象時，由地測部、通風(fēng)部現(xiàn)場調(diào)研后制定相應(yīng)措施，按措施執(zhí)行；（3）在打鉆施工過程中必須及時準(zhǔn)確記錄鉆孔進(jìn)尺與層位變化關(guān)系，為分析掌握斷層產(chǎn)狀及過斷層后煤巖層位置提供數(shù)據(jù)資料；（4）施工時若鉆孔回水增大，應(yīng)立即停鉆，嚴(yán)禁拔出鉆桿，并及時向調(diào)度室、地測部匯報，采取相關(guān)措施。

3 鉆探施工及結(jié)果分析

3.1 鉆探施工

在鉆孔施工過程中對鉆孔揭露情況進(jìn)行記錄，并依此確定后續(xù)鉆孔的施工參數(shù)。各鉆孔具體施工情況為：（1）先按照設(shè)計參數(shù)施工1#鉆孔，該鉆孔在進(jìn)尺31m 處見矸，在32～46m 處返水為灰黑色。（2）之后施工2#鉆孔，該鉆孔在52m 處見矸，53～60m 返水為灰色。（3）接著施工3#鉆孔，該鉆孔全長70m，均在煤體內(nèi)施工。（4）之后按照設(shè)計施工4#鉆孔，該鉆孔全長79m，均在煤體內(nèi)施工，未探到煤體頂板，因此需要補打探頂鉆孔。將原設(shè)計4#鉆孔編號調(diào)整為4-1#鉆孔，不移動鉆孔，在原位置處開孔，鉆孔仰角進(jìn)行調(diào)整，按照仰角11°施工4-2#鉆孔，該鉆孔在38m 處見矸。（5）接下來施工5#鉆孔，探測斷層的影響范圍，按照設(shè)計參數(shù)進(jìn)行施工，在鉆進(jìn)至28m 處揭露斷層。（6）最后按設(shè)計參數(shù)施工6#鉆孔，在鉆進(jìn)至27m 處揭露斷層。鉆探成果如圖2 所示。

圖2 鉆探成果圖

3.2 探測結(jié)果分析

根據(jù)上述7 個鉆孔探測情況，按照各個鉆孔方位角、鉆進(jìn)傾角以及開鉆位置煤層底板標(biāo)高，并結(jié)合斷層前煤層厚度和傾角進(jìn)行計算，綜合分析可得到該斷層相關(guān)參數(shù)和斷層后煤層走勢：（1）DF38正斷層落差為0.9m，水平斷距小于1m，斷層傾角54°8′；（2）斷層后方煤層傾角為5°43′。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)三維地震初步探查結(jié)果，設(shè)計了DF38 正斷層探測方案。在距DF38 斷層30m 時進(jìn)行斷層探測鉆孔施工，共計6 個鉆孔。其中1 ～4#鉆孔位于巷道掘進(jìn)中心線，求證構(gòu)造的實際位置、落差及區(qū)域坡度；5#和6#鉆孔位于兩側(cè)，探測構(gòu)造影響范圍。

（2）根據(jù)各鉆孔的探測情況及鉆孔和該區(qū)域煤層參數(shù)，綜合計算得到DF38 正斷層落差為0.9m，水平斷距小于1m，斷層傾角54°8′，斷層后方煤層傾角為5°43′。