近距離煤層厚度及層間距探測研究

劉軒宇武俊峰

（1.霍州煤電集團三交河煤礦 山西霍州031400；2.霍州煤電集團技術研究院 山西霍州031400）

三交河礦目前開采2#、10#煤層，下一步計劃開采11#煤層。10#煤層厚度0 m～4.0 m，平均1.22 m，煤厚變異系數68%，為不穩定的局部可采煤層。根據礦井生產地質報告11#煤層厚度0.11 m～4.79 m，平均2.76 m，煤厚變異系數27%，為較穩定可采煤層[1]。為進一步探查11#煤層賦存情況，礦井在10-201工作面采用探地雷達、鉆探、窺視手段，探查11#煤層厚度及與10#煤層的層間距情況。

1 工作面概況

三交河礦10-201工作面位于下組煤系統巷南翼，北部緊鄰下組煤系統巷，西部為正在掘進的10-203工作面，東部為實體煤。工作面順槽長度1 770 m，切巷長度230 m。頂板含水層主要為太原組灰巖含水層，掘進期間已基本疏放完畢對回采影響較小。工作面掘進期間揭露大于煤層厚度斷層1條，小于煤層厚度斷層3條，預計對回采有一定影響。10-201工作面基本情況示意見圖1。

圖1 10-201工作面基本情況示意圖

工作面煤層厚度1.5 m～2.5 m，平均2.3 m，中部含一層夾矸。根據礦井生產地質報告10#煤層距11#煤層層間距0.9 m～13 m，煤層及頂底板綜合柱狀見圖2。

圖2 10-201工作面煤層及頂底板綜合柱狀圖

為準確探測工作面下部11#煤層厚度及與10#煤層的層間距情況，礦井在10-201工作面兩順槽開展了探地雷達、鉆探、窺視探測。

2 探地雷達探測

10-2012巷底板全部硬化，對探地雷達探測效果有較大影響，因此重點在10-2011巷開展探地雷達探測。采用KJH防爆探地雷達分6站，從里向外對10-2011巷1 770 m巷道進行探測，前5站每站300 m，第6站270 m。探測波速選取煤層探測波速0.18 m/ns，天線步距選取1.0 m，時域選擇800 ns，底板深度間隔設置為8.0 m。探測點布置見圖1，探測成果見圖3。

圖3探地雷達探測成果圖

探地雷達主要依靠目標體與周圍介質之間的電性參數差異，來區分不同的介質和目標體。但本次探測在深度0 m～16 m范圍內數據無明顯變化，無法有效分辨11#煤層及與10#煤層層間距情況，仍需進一步施工鉆探孔，探查11#煤層賦存情況。

3 鉆探及窺視探測

在工作面兩順槽內間隔80 m設計底板探測鉆孔，采用氣動架柱式ZQJ-150/3.8S鉆機進行垂直探測，鉆桿直徑33.5 mm，鉆頭直徑43.5 mm。如鉆孔未探測到11#煤層，則探測深度不低于13 m，以免漏失煤層；如鉆孔探測到11#煤層，則探至11#煤層底板往下1 m終孔；對11#煤層厚度及層間距不穩定區域加密探測鉆孔[2]。

按照以上原則在工作面正副巷施工了22、23個探測鉆孔。該氣動架柱式鉆機無法取芯，僅能依靠鉆孔反渣大致判斷煤巖情況。為進一步了解孔內巖芯情況，采用YCJ90/360型窺視設備對鉆孔進行了窺視，但退鉆后孔內積水渾濁且浮渣無法有效排出，嚴重影響窺視效果，未能達到分辨煤巖層的目的。本次探測成果主要依據鉆孔反渣情況判斷11#煤層位置及厚度。探測鉆孔揭露煤層情況見表1、表2。

表1 10-2011巷探測鉆孔成果表

表2 10-2012巷探測鉆孔成果表

從表中可知A1～A8、B1～B14鉆孔未探測到11#煤層，A9～A22、B15～B23鉆孔揭露11#煤層，煤層厚度0.3 m～3.7 m，平均2.83 m。與10#煤層層間距2.0 m～12.3 m，且往切巷方向與10#煤層層間距逐步減小。

另外采用煤礦地質工作規定煤層穩定性評價指標對該區域11#煤層穩定性進行了定量評定[3]，主輔指標對照見表3。

表3評價煤層穩定性主、輔指標對照表

煤層可采性指數Km計算方法：

式中：Km—煤層可采性指數；n—參與煤層厚度評價的見煤點總數，此處為23；n′—煤層厚度大于或等于可采厚度的見煤點數，可采厚度取1.2 m，為22個點。

代入公式，計算煤層可采性指數為0.956。

煤厚變異系數γ計算公式，

式中：γ—煤厚變異系數；

M1—每個見煤點的實測煤層厚度，m；—煤礦（或分區）的平均煤層厚度，取2.79 m；

n—參與評價的見煤點數，此處為23個點；

S—均方差值，m。

根據公式得該區域11#煤層煤厚變異系數為23%。

本次探測煤層厚度在0.3 m～3.7 m，按照中厚煤層評定標準，Km≥0.95，γ≤25%，因此判斷該區域11#煤層為穩定煤層。

4 結論

利用探地雷達、鉆探、窺視手段，查明了10-201工作面正巷800 m往里、副巷1 120 m往里11#煤層穩定可采，與10#煤層的層間距在2.0 m～12.3 m，且往切巷方向與10#煤層的層間距逐步減小。為下一步11#煤層回采工作面布置提供了準確的地質資料。該探測方法對同類礦井近距離煤層厚度及層間距探測具有較大的借鑒指導意義。