千米定向鉆機在探測大范圍物探異常區中的應用分析

田淵輝

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033602）

山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦15采區北部采掘破壞物探異常區南北長約1 km，東西寬約500 m，北側為礦井北邊界，界外有神達晉保煤業有限公司（原扒樓溝煤礦，開采8號、13號煤層），疑似部分采空區進入我礦北部礦界內；東側為礦井東邊界北段；南側為實煤區；西側為18505回采工作面，已回采150 m。為15采區規劃設計提供精度較高的地質及水文地質資料，提前探測查明異常區采空破壞范圍和積水情況，距離18505材料巷采界位置740 m處施工鉆場，引進千米定向鉆機對這片大范圍物探異常區進一步探測以查明圈定準確的破壞積水邊界。

1 斜溝煤礦15采區北部物探異常區水文地質條件

中國煤炭地質總局地球物理勘探研究院采用太原理工大學自行研發的TYHC-1活性炭測氡儀和加拿大鳳凰公司生產的V8多功能電法儀對15采區北部進行了活性性炭測氡和地面瞬變電磁探測，綜合已知資料、中國煤炭地質總局地球物理勘探院對瞬變電磁和測氡成果進行了綜合分析，推斷出了勘探區內6號煤層采空積水區域在區內北部和東部地區，在此區域內推斷出3處積水相對嚴重區域；8號煤層采空積水區域在區內東北部和東部地區，在此區域內推斷出1處積水相對嚴重區域并在勘探區中部圈出1處積水區域，根據物探報告劃定了采掘破壞區域水文三線；13號煤層根據已知資料沒有采空區，在區內北部、中部和東部地區圈出4處富水區域。礦區奧灰水位標高850～854 m，異常區標高大于950 m不帶壓；異常區蓋山厚度薄，煤系地層距離露頭較近，碎屑巖含水巖組易接受大氣降水及地表水補給，整體富水性雖弱但局部節理裂隙發育區富水性較好。

2 物探異常區探測鉆孔施工情況

2.1 1號探測鉆孔施工探測情況

1號探測鉆孔開孔方位65°，開孔傾角9°，累計鉆探進尺1 629 m。1號主孔施工孔深648 m，為了探測煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進，累計開設分支5次，未探測到采空及積水，開孔位于警戒線外25 m，鉆孔穿過警戒線和探水線，終孔位于積水線外5 m，距南側煤層風氧化帶約45 m，較開孔處標高差+106 m。1-1號分支施工孔深822 m，鉆孔均在煤層中鉆進，未探測到采空及積水，鉆孔穿過警戒線、探水線、積水線后沿正北方向鉆進，終孔進入積水線內552 m，距離西側18505材料巷約176 m，較開孔處標高差+63 m。

2.2 2號探測鉆孔施工探測情況

2號探測鉆孔開孔方位41.5°，開孔傾角7.6°，累計鉆探進尺4 485 m。2號主孔施工孔深843 m，為了探測煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進，累計開設分支2次，未探測到采空及積水，開孔位于警戒線外25 m，鉆孔穿過警戒線、探水線、積水線后沿正北方向鉆進，終孔進入積水線內602 m，距離西側18505材料巷約100 m，距離東側1-1號分支約76 m左右，較1-1號分支終孔點北68 m，較開孔處標高差+51 m。2-1號分支施工孔深897 m，鉆孔均在煤層中鉆進，未探測到采空及積水，鉆孔均在積水線內自405 m開分支沿北東方向呈弧形鉆進，立體交叉穿過1-1號分支，終孔距離積水線505 m，距離18505材料巷約395 m，較開孔處標高差+100 m。2-2號分支施工孔深900 m，鉆孔均在煤層中鉆進，未探測到采空及積水，鉆孔均在積水線內自306 m開分支沿北東方向呈弧形鉆進，立體交叉穿過1-1號分支，終孔距離積水線402 m，距離18505材料巷約520 m，較開孔處標高差+110 m。2-3號分支施工孔深684 m，為了探測煤層中是否存在采空，累計開設分支2次，鉆孔孔深651 m內保持在煤層中鉆進，未探測到采空及積水，鉆孔均在積水線內自213 m開分支沿北東方向呈弧形鉆進，立體交叉穿過1-1號分支，孔深651～672 m處鉆孔傾角為7°至8.6°，遇軟泥區（長達21 m），630 m處開分支（第3次）進行驗證，施工至642～684 m處鉆孔傾角為2°至-1°，遇軟泥區（長達42 m）。終孔距離積水線275 m，距離18505材料巷約406 m，較開孔處標高差+7 m。2-4號分支施工孔深804 m，為了探測煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進，累計開設分支8次，未探測到采空及積水，鉆孔大致沿北東50°方向呈直線穿過警戒線、探水線、積水線鉆進，終孔進入積水線內516 m，終孔臨近礦井北部東側礦界保安煤柱線，距離西側18505材料巷623 m，距離南側1號主孔終孔位置約266 m左右，較開孔處標高差+129 m。2-5號分支施工孔深801 m，為了探測煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進，累計開設分支2次，未探測到采空及積水，鉆孔自2-4號分支399 m處開始轉彎朝著目標正北方向呈弧形鉆進，鉆孔均在積水線內，729～741 m段為巖，未探測到煤層，鉆孔距離西側18505材料巷411 m，距離礦井北部東側礦界保安煤柱線188 m，近終孔處與2-2號分支立體交叉，較開孔處標高差+98 m。

2.3 3號探測鉆孔施工探測情況

3號探測鉆孔開孔方位38.4°，開孔傾角7°，累計鉆探進尺3 999 m。3號主孔施工孔深903 m，為了探測煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進，累計開設分支6次，未探測到采空及積水，鉆孔大致沿北東41°方向呈直線穿過警戒線、探水線、積水線鉆進，在635.5 m處與2-5號分支打穿，終孔進入積水線內645 m，終孔臨近礦井北部東側礦界保安煤柱線，距離西側18505材料巷587 m，距離南側2-4號分支終孔位置約186 m，較開孔處標高差+129 m。3-1號分支施工孔深843 m，為了探測煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進，累計開設分支1次，未探測到采空及積水，鉆孔自3號主孔585 m處開分支開始轉彎朝著目標正北方向呈弧形鉆進，與2-5號分支立體交叉穿過，鉆孔均在積水線內，鉆孔終孔位置距離西側18505材料巷460 m，距離礦井北部東側礦界保安煤柱線127 m，分布于3號主孔和2-5號分支間，較開孔處標高差+106 m。3-2號分支施工孔深669 m，為了探測煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進，累計開設分支1次，未探測到采空及積水，鉆孔自3號主孔444 m處開分支開始轉彎朝著目標正北方向呈弧形鉆進，與2-3號分支立體交叉穿過，鉆孔均在積水線內，鉆孔終孔位置距離西側18505材料巷367 m，分布于2-2號分支、2-5號分支、3號主孔圈閉范圍內，較開孔處標高差+83 m。3-3號分支施工孔深1 032 m，為了探測煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進，累計開設分支4次，鉆孔自3號主孔11 1 m處開分支沿3號主孔方向鉆進至306 m處開始轉彎朝著目標正北方向呈先弧形后直線形鉆進，立體交叉依次穿過2-3號分支、2-2號分支、2-1號分支，鉆孔終孔位置距離積水線753 m，距離西側18505材料巷287 m，超出2-1號分支探測范圍北側252 m，較開孔處標高差+86 m?？咨? 026～1 032 m處鉆孔傾角從1.2°降至-6.3°，無返水，可能遇老空區。3-4號分支施工孔深336 m，為了探測煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進，累計開設分支1次，未探測到采空及積水，鉆孔自3號主孔165 m處開分支開始轉彎朝著目標正北方向呈弧形鉆進，與1-1號分支立體交叉穿過，鉆孔均進入積水線內90 m，鉆孔終孔位置距離西側18505材料巷184 m，較開孔處標高差+43 m，受鉆機采集數據DCS系統信號中斷而終孔。3-5號分支施工孔深1 005 m，為了探測煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進，累計開設分支5次，鉆孔自3號主孔78 m處開分支開始轉彎朝著目標正北方向呈先弧形后直線形鉆進，穿過探水線、積水線，立體交叉依次穿過2-3號分支、2-2號分支、2-1號分支，鉆孔終孔位置距離積水線767 m，距離西側18505材料巷135 m，超出2號主孔終孔位置北側156 m，東距3-3號分支150 m左右，較開孔處標高差+61 m?？咨?99～1002 m處鉆孔傾角從4.5°降至1.5°，空穿1.5 m，無返水，可能遇老空區。

綜上所述，18505材料巷探測15采區北部物探異常區共施工探測鉆孔3個主孔，11個分支孔，累計鉆探進尺10 113 m，歷時2個月，探測到異常點三處分別為：2-3號分支孔深651～672 m處鉆孔傾角為7°至8.6°，遇軟泥區（長達21 m），630 m處開分支（第3次）進行驗證，施工至642～684 m處鉆孔傾角為2°至-1°，遇軟泥區（長達42 m）；3-3號分支孔深1 026～1 032 m處鉆孔傾角從1.2°降至-6.3°，無返水，可能遇老空區；3-5號分支孔深999～1 002 m處鉆孔傾角從4.5°降至1.5°，空穿1.5 m，無返水，可能遇老空區。

3 探測成果分析

根據18505材料巷探測鉆孔施工情況，結合我礦15采區地質及水文地質資料，地面物探圈定的異常范圍等資料綜合分析如下：

根據3-3號分支、3-5號分支探測成果，結合18505材料巷、切割掘進期間所施工探測鉆孔圈定的空巷范圍，可推斷圈定的空巷范圍南端、3-5號分支終孔位置、3-3號分支終孔位置一線北側存在8號煤層采空破壞區，該線可推斷為8號煤層采空破壞區最小范圍南側邊界線；根據2號主孔、1-1號分支、3-3號分支、2-1號分支、3-1號分支、3號主孔探測成果，鉆孔均在8號煤層近中下部中鉆進，終孔控制間距分別為104 m、109 m、108 m、81 m、126 m，在2號主孔、1-1號分支、2-1號分支、3-1號分支、3號主孔一線南側范圍內未探測到采空異常區，可推斷該線南側基本不存在采空破壞區；根據3號主孔、2-4號分支、1號主孔探測成果，鉆孔終孔位置處未探測到采空異常區，但鉆孔終孔間距較大約186～266 m，可推斷3號主孔、2-4號分支、1號主孔終孔位置一線西側存在采空破壞區的可能性較??；根據2號主孔、3-5號分支、2-1號分支、1-1號分支、3-3號分支、2-2號分支、3-1號分支、3號主孔、2-5號分支、3號主孔探測成果，鉆孔均在8號煤層中近中下部鉆進，均未發現采空破壞區，可推斷2號主孔、2-1號分支與3-5號、1-1號、3-3號分支交叉點、3-3號分支與2-2號分支交叉點、2-2號分支與2-5號、3-1號分支交叉點、3-1號分支與2-5號分支交叉點、2-5號分支與3號主孔、2-4號分支交叉點、2-4號分支與1-1號分支交叉點、1號主孔圈閉范圍內不存在8號煤層采空破壞區，查明不存在8號煤層采空破壞區面積約13萬m2；根據2-3號分支、3-2號分支、2-5號分支、3-1號分支探測成果，可將該區段8號煤層中賦存的軟泥區最大發育圈定出來，預測軟泥區最大范圍約3 500 m2；根據2-3號分支、3-2號分支、2-5號分支、3-1號分支圈定的軟泥區在2號主孔、2-1號分支與3-5號、1-1號、3-3號分支交叉點、3-3號分支與2-2號分支交叉點、2-2號分支與2-5號、3-1號分支交叉點、3-1號分支與2-5號分支交叉點、2-5號分支與3號主孔、2-4號分支交叉點、2-4號分支與1-1號分支交叉點、1號主孔圈閉范圍內，老空區進入該圈閉范圍內的可能性較極小，可推斷軟泥區并非采空破壞區，根據15采區現采掘揭露地質及水文地質資料預測該區可與18511材料巷煤層缺失帶腐泥層沉積相比較；根據3號主孔、2-4號分支、1號主孔保持在煤層中鉆進所開分支數量與2號主孔、1-1號分支、3-5號分支、3-3號分支保持在煤層中鉆進所開分支數量對比，可推斷探測區域內煤層傾角在沿傾向方向上較走向方向上起伏變化幅度大；根據所施工探測鉆孔成果，鉆孔均在煤層中鉆進，可推斷探測區域內落差大于煤厚的斷層基本不發育，古河流沖蝕沉積帶即使發育也沒有將煤層全部沖蝕，僅為后生淺層沖蝕；根據物探異常區探測鉆孔施工成果分析，15采區北部物探報告所劃定的8號煤層采空破壞及積水區劃定范圍較實際大，與實際情況相差較大。大致范圍見斜溝礦18505材料巷探測15采區北部物探異常區鉆孔施工效果評價示意圖見圖1。

圖1 斜溝礦18505材料巷探測15采區北部物探異常區鉆孔施工效果評價示意圖

4 結論

18505材料巷探測15采區北部物探異常區歷時2個月，共施工探測鉆孔3個主孔，11個分支孔，累計鉆探進尺10 113 m，經探測成果分析得出結論：

15采區北部6號煤層及下覆13號煤層采掘破壞區暫未驗證查明；物探報告所劃定的8號煤層采空破壞及積水區劃定范圍較實際大；推斷圈定的空巷南端、3-5號分支終孔位置、3-3號分支終孔位置一線為8號煤層采空破壞區最小范圍南側邊界線；推斷2號主孔、1-1號分支、2-1號分支、3-1號分支、3號主孔終孔位置一線南側基本不存在采空破壞區；推斷3號主孔、2-4號分支、1號主孔終孔位置一線西側存在采空破壞區的可能性較?。煌茢?號主孔、2-1號分支與3-5號、1-1號、3-3號分支交叉點、3-3號分支與2-2號分支交叉點、2-2號分支與2-5號、3-1號分支交叉點、3-1號分支與2-5號分支交叉點、2-5號分支與3號主孔、2-4號分支交叉點、2-4號分支與1-1號分支交叉點、1號主孔圈閉范圍內不存在8號煤層采空破壞區，查明不存在8號煤層采空破壞區面積約13萬m2；預測2-3號分支、3-2號分支、2-5號分支、3-1號分支圈閉范圍內8號煤層中軟泥區發育最大范圍約3 500 m2，推斷軟泥區并非采空破壞區，可與18511材料巷煤層缺失帶泥炭層沉積相對比；探測區域內煤層傾角在沿傾向方向上較走向方向上起伏變化幅度大；預測探測區域內落差大于煤厚的斷層基本不發育，古河流沖蝕沉積帶即使發育也沒有將煤層全部沖蝕，僅為后生淺層沖蝕。

18505材料巷探測15采區北部物探異常區探測成果對比分析總結可供探測類似物探異常區提供參考，千米定向鉆機在大范圍物探異常區探測，鉆孔布置方案應將探測鉆孔沿異常區邊界布設并將異常區圈閉起來，在圈定范圍內再進一步布設加密鉆孔分割塊段，縮小探測界線，最終驗證排除異?；驅惓^圈定在較小的范圍內和確定其邊界。鉆孔施工遇到軟泥區應繼續鉆進揭穿，以確定軟泥區發育范圍，或采用取芯鉆進采取煤巖樣進行觀測分析，最終分析確定該區域異常原因，為后續采掘設計施工提供準確的地質資料以供參考。鉆孔施工過程中遇用水漏失現象應采用多種技術工藝排除異常區的可能情況，最終將疑似原因精準鎖定，千米定向鉆機將在大型煤礦的快速發展中得到廣泛應用。