綜合物探結合長距離鉆孔控制隱伏構造

（山西焦煤集團有限責任公司屯蘭礦，山西 古交 030206）

1 礦井概況

屯蘭煤礦位于山西省古交市西南。礦井采用“兩斜一立”綜合開拓方式，設計+750m、+650 m兩個水平，現生產水平為+750 m水平，傾斜長壁后退式綜合機械化采煤，頂板管理采用一次采全高全部垮落法。主采石炭系上統太原組8號煤和二疊系下統山西組2.3號煤。井田位于太原西山煤田的西北部、馬蘭向斜的東翼，地層傾向南南西，傾角2°～15°[1]。井田呈一走向北北東～北北西傾向南西～南東的波浪狀單斜構造，有少量寬緩褶皺，但次一級小型波狀褶曲發育；斷層條密度為8.50條/km2，斷層有明顯的規律性，即垂直走向成組出現，多呈地壘或階梯狀排列，每組有斷距10 m以上斷層4～6條，常伴生許多成束出現的小斷層，走向為北東方向，組距2500～3000m，斷層斷距一般北東方向大，向南西變小形式。地質構造復雜程度為中等[2]。

2 超前控制隱伏構造的必要性

屯蘭礦服務盤區采掘生產過程中常常受隱伏構造影響，導致發生采掘銜接更改，丟失資源，增加采掘成本，損壞設備等一系列問題。且屯蘭礦為“煤與瓦斯突出礦井”，而構造區域往往是瓦斯富集區域，不加以防范很容易造成煤與瓦斯突出。傳統鉆探技術存在鉆探距離短、精度低、極易造成探測盲區等[6]；地質雷達雖精度高，但探測距離短[8]，很難達到現生產要求。因此如何能“長距離超前控制隱伏構造”是當前礦井地質工作迫在眉睫的大事，更是困擾地質技術人員的難題。

3 綜合物探和長距離瓦斯預抽孔的基本內容

現階段煤礦地質探測主線為“鉆探+物探”，對采掘空白區的探測，遵循“物探先行，鉆探驗證”的原則，我國神東煤礦采用長距離定向鉆探技術，探測煤層沖刷帶、煤層厚度及探放水[5]，應用效果較好[6]。基與這種思路，鑒于屯蘭礦煤層瓦斯含量高，采用長距離鉆孔預抽消突，故嘗試利用長距離抽采定向鉆孔兼探測煤巖賦存；同時，利用瞬變電磁法探測距離遠，敏感性高[3]的特點，采用瞬變電磁法分段超前探測煤層內高阻異常區域，并結合地面三維地震探測，綜合驗證控制空白區的隱伏構造，有針對性地做好礦井地質預測預報工作，準確指導礦井生產。

4 綜合探測方法—以12509掘進工作面為例

4.1 12509工作面簡況

12509工作面沿2號煤掘進，走向1635m，傾斜長228m，2號煤厚度穩定，最大厚度3.16m，最小厚度2.62m，平均厚度2.89m，可采儲量1.54 Mt。該工作面整體呈向斜，西翼煤層呈3°下山，東翼呈8°上山，兩順槽前進950 m左右將進入東大嶺向斜軸部。軸部附近屬應力集中區域，可能出現煤層松軟、裂隙增多、構造發育、瓦斯增大等情況。

4.2 長距離瓦斯鉆孔探測煤層賦存

（1）屯蘭礦為煤與瓦斯突出礦井，采掘工作面施工前需按規定對煤層瓦斯預抽，達標后才能進行采掘作業，故要施工一系列的長距離鉆孔預抽[7]。在服務預抽瓦斯的前提下，鉆孔兼顧對巷道及兩側煤層全探測，達到掘進巷道無空白，消滅死角。

（2）利用鉆孔軌跡精確定位的功能，結合周圍煤田及藍焰煤層氣鉆孔，核對煤層標高，從而確定“異常區域”并結合相鄰巷道情況和上覆煤層賦存情況，綜合預測煤層的賦存狀態，進一步確定隱伏地質構造異常區。

①根據鉆進資料，導出鉆進點坐標、標高、長度、傾角等相關數據見表1。

表1 鉆孔相關數據

②應用有關數據，結合周圍鉆孔資料，生成單孔剖面，從而確定煤層賦存位置見圖1。

圖1 單孔剖面

③依據上述資料，與相鄰巷道揭露資料對比，初步確定煤層賦存異常區域內隱伏構造見圖2。

圖2 長距離鉆孔初步成果

4.3 物探方法及步驟

（1）施工前整理相鄰工作面正常煤層阻值，進行超前瞬變電法探測，及時核對正常阻值范圍。

結合相鄰12501、12503、12505和12507工作面以往探測資料，測得12509工作面區域順煤層正常視電阻率值為10～260 Ω·m，斜向下45°底板正常視電阻率值為5～250 Ω·m，見圖3。

圖3 正常阻值

（2）12509皮帶順槽掘進過程中，對長距離預抽鉆孔標定的異常區，重點進行瞬變電磁法探測，綜合分析地質構造異常范圍，根據煤層標高，確定該區域是斷層或陷落柱，以及落差和長短軸情況。

①巷道施工至長距離鉆孔標定的異常區前30～60m，進行瞬變電法探測，圈定物探高阻異常區[3]見圖4。

圖4 區域阻值

②對比前期地震MSP超前探測，據對南五盤區探勘資料三分量分析的資料[4]，解釋前方存在一條1～3 m正斷層見圖5。

圖5 三維地震探測

4.4 綜合物探和長距離鉆孔探測成果

（1）綜合物探成果確定向前40～55 m存在異常區，結合前期長距離鉆孔軌跡劃定區域分析，預測12509皮帶順槽在31號測點向前121～136 mm范圍內存在一條落差大約1.7～2.0m的正斷層見圖6。

圖6 地質預報預測

（2）12509皮帶順槽掘進過程中在31號測點前121 m揭露H=1.9 m∠50°正斷層，與預測情況相符。

屯蘭礦2019年掘進進尺14000m，施工過程中揭露53條斷層，通過應用該方法，準確預報43條，準確預報率81%見表2。

表2 屯蘭礦2019年揭露斷層情況

5 結語

西山煤田的地質構造屬新華夏系次一級多字型構造盆地的一部分，受燕山一二期運動影響，形成數組大型封閉型構造，導致西山各礦井瓦斯含量高，而揭露構造導致出現瓦斯等問題，一直是困擾西山各礦井采掘活動的難題。屯蘭礦2019年通過綜合物探結合長距離鉆孔對隱伏構造的控制，使誤揭構造的困擾有了新的突破，并使構造帶附近瓦斯的異常涌出得到了控制，減少了礦井瓦斯超限，有效地為生產保駕護航，可在高瓦斯以及構造復雜的礦井推廣應用。