范家村煤礦疑似區域儲量挖潛研究與應用

王新民

(內蒙古蒙泰集團有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

內蒙古鄂爾多斯煤炭資源豐富，但隨著開發程度和開采強度的不斷加大以及不同時期探查程度的不足，導致部分生產礦井開采范圍收縮、煤炭資源減少，造成了井下開采布局不合理、礦井生產銜接緊張等問題。因此，加強對煤炭資源的保護和合理開發利用[1，2]，加大儲量挖潛力度[3]，是煤炭企業可持續發展、增加效益的重要途經之一。目前，儲量挖潛工作多開展于資源枯竭型礦井[4]，主要挖潛手段是對邊角余煤塊段及其它各類煤柱最大限度的回收。而對于疑似老窯區域，目前一般確定的范圍都比較保守，即多數大于實際范圍，采取的主要手段為留設防水、防火保護煤柱，不進行開采。通過分析蒙泰集團范家村煤礦資源現狀，針對疑似區域、采用先進的勘測技術和科學的論證方法[5-15]，進而更準確的確定老窯的區域，既有利于井下采區與工作面布置的調整，更使儲量挖潛工作取得可觀的成果。用具體實例驗證了儲量挖潛工作的可行性，以期為礦井不同時期探查的疑似區域儲量挖潛起到示范作用。

1 礦井概況

范家村煤礦位于內蒙古自治區鄂爾多斯市東勝區北郊東勝煤田萬利礦區，行政區劃隸屬于鄂爾多斯市東勝區銅川鎮管轄。礦區面積10.0276km2，開采方式為地下井工開采，采用長壁式綜合機械化采煤法。礦井設計生產能力120萬t/a，2012年9月，內蒙古自治區煤炭工業局核定礦井生產能力240萬t/a。

2 礦井儲量挖潛背景

范家村煤礦主要開采煤層為2-2中、4-1煤層，下組煤5-1及6-2中煤層相關手續正在辦理中。礦井目前一水平2-2中煤層已回采完畢，4-1煤層只剩下北翼采區，由于建筑物、公路、河流等地表設施壓煤較多，可采儲量大幅減少，生產銜接十分緊張。因此，深入開展礦井儲量挖潛，加大對礦井異常區域探查與資源回收力度，增加可采儲量，延長礦井服務年限，對范家村煤礦生產銜接以及效益提升等極其重要。

原設計范家村煤礦2119工作面位于二水平北翼采區井田北邊界，工作面設計推進長度1809m，工作面長度216.8m，平均采高4.0～5.4m，含1～2層夾矸。根據《范家村煤礦采空區綜合探測報告》，井田東北角有一處高阻異常區，結論為疑似老窯采空區，面積約為13.2萬m2，如圖1所示。在報告認定的范圍內，2119工作面因疑似老窯區的影響，將切眼位置設計在距老窯區邊界西80m外，工作面設計推采長度為1410m，使工作面采掘活動在遠離疑似老窯的安全區域。因此，導致了該工作面可采儲量損失較大。

針對范家村煤礦當前生產銜接緊張、可采儲量大量減少的問題，需要進行儲量挖潛，提高礦井原煤產量，增加礦井服務年限，為企業創造更多的經濟效益；從安全角度出發，需要進一步探明疑似老窯采空區范圍及積水情況等，以保證工作面的安全掘進和回采。為此需要對范家村煤礦2119工作面切眼及疑似老窯區進行組合探查。

3 儲量挖潛具體措施

根據編制的《范家村煤礦采空區綜合探測報告》所述情況，疑似老窯區相關信息明確。經集團公司和范家村煤礦相關技術人員共同研究決定，采取提前地面打鉆探測、井下超前物探和鉆探多種組合方式，對掘進巷道進行超前探測。

3.1 地面鉆探

地面鉆探工作委托內蒙古地礦局153地質隊進行施工，共設計6個鉆孔，分別布置在原設計工作面切眼位置、巷道位置和疑似老窯區中央位置，經地質隊施工完畢后，6個鉆孔終孔位置均在4-1煤層底板，未揭露疑似老窯區，地面鉆孔布置位置如圖1所示。

圖1 地面鉆孔布置位置(m)

3.2 井下物探和鉆探

在井下2119工作面巷道掘進過程中，首先根據《范家村煤礦采空區綜合探測報告》提供的疑似老窯區范圍，在采掘工程平面圖上標注，并確定探水線和警戒線。根據《煤礦防治水規定》要求(該項工作始于2018年1月份，《煤礦防治水規定》尚未進行更名修訂)，資料較確切的老空積水邊界外推100m為探水線，再外推50m為警戒線。為確保安全生產，從警戒線位置開始進行超前物探、鉆探工作。

3.2.1 物探工程

物探工程由西安煤科院采用瞬變電磁及直流電法兩種物探手段進行探測，每次探測有效長度為80m。

瞬變電磁物探使用的儀器型號為YCS200礦用瞬變電磁儀和YCS60-F大功率發射機，采用重疊回線組合裝置，邊長1.5m的激發和接收正方形線圈，激發線圈匝數4匝，接收線圈匝數40匝。供電電流檔為50A，供電脈寬10ms，采樣率16μS。每個測點至少采用32次疊加方式提高信噪比，確保了原始數據的可靠性。其原理是在發送回線上供一個電流脈沖方波，在方波后沿下降的瞬間，產生一個向發射回線法線方向傳播的一次磁場，在一次磁場的激勵下，地質體將產生渦流，其大小取決于地質體的導電程度，在一次場消失后，該渦流不會立即消失，它將有一個過渡(衰減)過程。該過渡過程又產生一個衰減的二次磁場向地質體內傳播，由接收回線接收二次磁場，該二次磁場的變化將反映地質體的電性分布情況。如按不同的延遲時間測量二次感生電動勢(t)，就得到了二次磁場隨時間衰減的特性曲線。如果沒有良導體存在時，將觀測到快速衰減的過渡過程：當存在良導體時，由于電源切斷的一瞬間，在導體內部將產生渦流以維持一次場的切斷，所觀測到的過渡過程衰變速度將變慢，從而發現導體的存在[10，11，13]。在該區域每次進行勘探布置測線3條，每條測線11個物理點，總計33個物理點。通過在掘進迎頭移動發射/接收線圈，形成3條超前探測的實測剖面。每次施工前巷道距探測點20m范圍內不得有積水，且不得存放掘進機、鐵軌、膠帶機架、錨網、錨桿等金屬物體；巷道內動力電纜、大型機電設備必須停電，以保證設備信號不被干擾，確保探測的準確性。瞬變電磁物探橫剖面和成果如圖2所示。

物探采用YDZ(B)直流電法儀，其工作原理是以巖石的電性差異為基礎，電流通過布置在巷道內的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間穩定電場。電流經過不同的巖層、礦體、水體和地質構造時，電流場將發生變化，通過電流場的變化規律，可以確定巷道前方不同礦體、水體及地質構造的形態和規模[14]。直流電法探測與瞬變電磁相比較，受巷道周邊環境影響相對較小。兩種物探方式進行獨立探測，相互驗證，為巷道超前鉆探設計提供準確的技術依據。井下直流電法物探成果如圖3所示。

圖3 井下直流電法物探成果

3.2.2 鉆探工程

鉆探施工根據物探結果進行設計，如果物探結果沒有異常，在巷道內水平扇形布置5個鉆孔，巷道兩側安全外圍線控制在20m進行鉆探；物探結果存在高阻或低阻異常區，對異常區進行全方位加密設計探測，巷道兩側安全外圍線控制在20m直到探清、探明異常區狀況為止。每次設計鉆孔止水套管長度根據《煤礦防治水規定》要求不小于10m長度鉆探為80m保持30m前距離，允許掘進距離為50m與物探距離保持一致。在超前探放水設計中，鉆孔成扇形布置。

本次施工共進行超前物探20次，施工超前鉆孔62個，累計鉆探長度5120m確保了疑似采空區掘進安全，以及2119回采工作面的生產安全。

4 儲量挖潛效果

通過采取井上下鉆探、物探相結合等措施，礦井在該疑似區域儲量挖潛工作取得了巨大的成功，大幅度提高了礦井資源的回收率。本次挖潛工作礦井將該工作面走向長度增加388m，增加煤量60.2萬t，實現利潤3010萬元。同時緩解了礦井生產銜接緊張的局面，并為下組煤開采創造了良好條件，預計可解放下組煤資源量約380萬t，預測利潤1.9億元，同時大大延長了礦井的服務年限。

5 結 語

范家村煤礦疑似老窯采空區的儲量挖潛工作，為疑似區域資源的開發、利用以及儲量管控，提供了一種可以參考的方案，在取得良好經濟效益的同時，社會資源效益也得以最大化。實踐表明，針對疑似老窯區在論證充分、措施得當、保證安全的前提下，利用現有的先進成熟的技術、方法等，進行疑似區域的準確探查，進而達到儲量挖潛、提高礦井資源回收率的目的。內蒙古鄂爾多斯市原有小煤礦眾多，近些年來通過不斷的整合，基本告別了小煤窯時代。但由于原小煤窯超層越界開采現象嚴重，存在大量的疑似區域。因此針對遺留疑似區域，進一步準確圈定保護范圍，優化開采設計，即可為整個地區煤炭資源的合理、有效開發利用作出貢獻。