綜合地質(zhì)勘探在回采工作面構(gòu)造發(fā)育區(qū)域精細(xì)探查中的應(yīng)用

趙倩

【摘 要】 為了掌握回采工作面開采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況及類型，文章以5706綜放工作面為研究對象，提出采用無線電坑透+鉆探方式對采面回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況進行精細(xì)化探測，并進行現(xiàn)場工程應(yīng)用。結(jié)果表明：在采面使用無線電坑透時，通過加密測點及測線可更為精準(zhǔn)地圈定地質(zhì)異常區(qū)范圍，異常區(qū)圈定范圍更具針對性;在鉆探時通過綜合分析鉆孔排渣及鉆孔窺視圖像，可便于鉆探成果解釋;在 5706綜采工作面對發(fā)育的5個陷落柱、一個斷層以及5個煤體破碎區(qū)范圍進行確定，煤炭回采時根據(jù)探測結(jié)果提前采取煤巖體加固、強化頂板管理等措施后，采面得以安全、高效通過地質(zhì)構(gòu)造區(qū)。研究成果可為其他礦井回采工作面地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)化探測提供借鑒參考。

【關(guān)鍵詞】 綜合地質(zhì)勘探;回采工作面;地質(zhì)構(gòu)造;物探;鉆探;鉆孔窺視

【中圖分類號】 TD166 【文獻標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）02-0001-03

我國煤炭資源賦存條件較為復(fù)雜，特別是隨著采深增加，煤炭開采時受地質(zhì)構(gòu)造影響更為明顯，對回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造進行詳細(xì)探查對確保煤炭開采效益及開采安全均具有重要意義。現(xiàn)階段采煤工作面地質(zhì)構(gòu)造探測技術(shù)包括有槽波地震、無線電坑透、鉆探等。槽波地震雖然可探測小斷層等隱伏地質(zhì)構(gòu)造，但是需要在采面內(nèi)進行爆破，探測過程繁瑣且存在一定的安全風(fēng)險;無線電坑透則有探測效率高、探測結(jié)果可信度高等優(yōu)點。為此文中提出通過加密無線電坑透測網(wǎng)并結(jié)合鉆孔窺視技術(shù)對采面內(nèi)構(gòu)造進行精細(xì)化探測，現(xiàn)場取得較好的探測效果。

1工程概況

山西某礦5706綜放工作面推進長度、切眼斜長分別為1460m、295m，主采的7#煤層厚度平均6.8m、傾角5～8°、埋深610m。7#煤層直接頂為平均厚度4.8m的砂巖、砂質(zhì)泥巖，直接底為平均厚度4.5m的砂質(zhì)泥巖。根據(jù)已有的地面三維地震探測資料，在5706綜放工作面回采范圍內(nèi)至少有4個長軸在30m以上的陷落柱（編號X02、X07、X11）。回采巷道掘進過程中揭露2條斷層（F10、F13），落差均在3m以上。具體采面內(nèi)已掌握的地質(zhì)構(gòu)造分布情況見圖1。

2地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)化探查

2.1無線電坑透

2.1.1現(xiàn)場布置

本次無線電坑透探測采用的透視儀型號為WKT-E型號，5706綜放工作面切眼斜長295m。根據(jù)切眼寬度、無線電坑透經(jīng)驗以及井下探測頻率試驗結(jié)果，無線電透視頻率確定為0.5MHz。現(xiàn)場探測采用定點法，即發(fā)射機位置相對固定，接收機在一定范圍內(nèi)逐點測定電磁波能量。接收點、發(fā)射點間距分別為10m、50m。5706綜放工作面探測長度為1460m，采面兩巷內(nèi)發(fā)射點及接收點數(shù)量分別為60個、296個，并分兩次對探測數(shù)據(jù)進行采集。

第一次探測時一個發(fā)射點對應(yīng)的接收點數(shù)量為6～11個，具體見圖2（a）;第二次探測時一個發(fā)射點對應(yīng)的接收點數(shù)量為11～21個，具體見圖2（b）。

2.1.2探測數(shù)據(jù)處理分析

從電性特征來看，煤層、灰?guī)r電阻率值一般較高，砂巖次之，黏土巖最小。當(dāng)探測區(qū)內(nèi)存在斷層、陷落柱等構(gòu)造時，煤層及構(gòu)造內(nèi)的頂?shù)装迥噘|(zhì)砂巖層出現(xiàn)較為明顯的電性差異，砂質(zhì)泥巖對電磁波具有較高的吸收強度，從而使得地質(zhì)構(gòu)造區(qū)內(nèi)存在電磁波能量衰減異常區(qū)。

現(xiàn)場獲取到的數(shù)據(jù)較為完整，在探測范圍內(nèi)不存在明顯的干擾，具體545～565號接收點接收到的50號探測點場強及衰減系數(shù)曲線見圖3。

從圖中看出5706綜放工作面內(nèi)探測曲線變化符合無線電坑透的探測規(guī)律。同時也說明探測結(jié)果具有較高的可信度。根據(jù)探測結(jié)果反演得到煤巖體CT成像圖（見圖4）。

根據(jù)礦井以往揭露陷落柱及斷層情況發(fā)現(xiàn)，陷落柱內(nèi)巖體往往被泥巖膠結(jié)，充填較為密實、裂隙不發(fā)育;斷層破碎帶裂隙發(fā)育。因此，采用無線電坑透時陷落柱周邊電磁波降低幅度以及吸收系數(shù)往往低于斷層。根據(jù)無線電坑透探測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)KFYC2、KFYC3異常區(qū)電磁波降低幅度以及吸收系數(shù)均較高，因此判定為斷層;KFYC1、KFYC4、KFYC5電磁波降低幅度以及吸收系數(shù)范圍類似，結(jié)合已有的地質(zhì)資料以及無線電透視結(jié)果，推斷KFYC1區(qū)域為陷落柱、KFYC4～ KFYC5區(qū)域為斷層及破碎帶。

2.2鉆探分析

結(jié)合無線電透視結(jié)果，在5706回采巷道內(nèi)布置鉆孔，通過結(jié)合鉆孔最近過程的巖性變化以及鉆孔窺視結(jié)果對無線電透視結(jié)果進行判定。當(dāng)鉆孔鉆進及窺視過程中顯示煤巖體破碎且夾雜有7#煤層頂板砂巖時即可鉆孔鉆進揭露地質(zhì)構(gòu)造為陷落柱;當(dāng)鉆孔鉆進及窺視過程中依次出現(xiàn)煤層、破碎區(qū)（裂隙帶）、煤層頂（底）板時可判定鉆孔鉆進揭露地質(zhì)構(gòu)造為斷層;當(dāng)鉆孔鉆進及窺視過程中均為破碎煤巖體且未穿越任何明顯的煤巖界面時，則可判定鉆孔鉆探區(qū)域為煤體破碎帶。

鉆孔在KFYC1異常區(qū)范圍內(nèi)鉆進時鉆孔窺視圖像見圖5。

從圖中也可看出鉆孔周邊煤巖體破碎，在鉆孔鉆進過程返渣為破碎、雜亂的煤巖體，因此判定KFYC1異常區(qū)為陷落柱;在KFYC2異常區(qū)鉆探時前后鉆孔窺視成果見圖6、圖7，結(jié)合鉆孔鉆進返渣情況以及鉆孔窺視結(jié)果，判定KFYC2異常區(qū)為斷層、破碎帶。

根據(jù)鉆孔鉆進及窺視結(jié)果，在5706綜放工作面探測到的地質(zhì)構(gòu)造賦存情況見圖8，其中ZHX1～ZHX5均為陷落柱、ZHF1為斷層、ZHYC-1～ZHYC5為破碎帶。

3回采揭露構(gòu)造情況

在5706綜放工作面回采期間對揭露的地質(zhì)構(gòu)造進行詳細(xì)記錄，在回采時共揭露有5個陷落柱以及一條斷層。通過比對采面回采時揭露斷層位置發(fā)現(xiàn)，地面三維地質(zhì)勘探限制的陷落柱、斷層位置與采面實際揭露位置有較大偏差;而在采面精細(xì)化探查（無線電坑透+鉆探）探測到的地質(zhì)構(gòu)造位置與采面揭露構(gòu)造位置接近。

由于通過細(xì)化探查預(yù)先掌握地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育位置，在回采期間通過提前預(yù)注漿、強化頂板管理等措施，采面在過地質(zhì)構(gòu)造時未出現(xiàn)頂板冒落問題，僅局部位置出現(xiàn)小規(guī)模煤壁片幫。在5706綜放工作面采取精細(xì)化地質(zhì)構(gòu)造探測工作為采面安全、高效回采提供了一定的保障。

4總結(jié)

在地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育區(qū)通過加密無線電坑透測點布置可提高坑透精度，從而更為精準(zhǔn)地圈定異常區(qū)范圍，降低后續(xù)鉆探工作量;在鉆探時結(jié)合鉆孔排渣、鉆孔窺視可提高鉆探成果精度，為精準(zhǔn)掌握地質(zhì)構(gòu)造位置、類型提供指導(dǎo)。

根據(jù)該礦區(qū)以往坑透經(jīng)驗，由于陷落柱內(nèi)巖體被泥巖膠結(jié)，裂隙往往不發(fā)育，但是斷層附近往往裂隙發(fā)育。在陷落柱周邊電磁波降低幅度以及吸收系數(shù)往往低于斷層。因此，根據(jù)上述判定方式并結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)資料判定5706綜采工作面內(nèi)KFYC1區(qū)域為陷落柱、KFYC2～ KFYC5區(qū)域為斷層及破碎帶。后續(xù)鉆孔排渣及鉆孔窺視結(jié)果也驗證了無線電坑透結(jié)果。

在5706綜放工作面采取精細(xì)化探測工作后，精準(zhǔn)掌握了采面內(nèi)斷層、陷落柱位置，礦井根據(jù)探測結(jié)果采取針對性的圍巖加固、管理措施后，采面回采期間未出現(xiàn)頂板冒落等事故，為煤炭安全、高效回采創(chuàng)造了良好條件。

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