掘進巷道前方陷落柱的綜合探查

朱志剛

（霍州煤電集團紫晟煤業，山西 臨汾 031400）

紫晟煤業礦井地質構造復雜，井田總體構造以軸向北西—南東的背斜構造為主，背斜軸位于井田中部［1-2］。井田內斷裂構造發育，共計揭露落差大于20 m 斷層6 條，落差大于5 m 斷層22 條，斷層走向以北北東向為主。井田內揭露巖溶陷落柱8 個，多為橢圓形、近圓形，直徑約20～60 m 不等。礦井水文地質類型中等，建礦初期礦井總回風巷揭露落差30 m 的斷層，發生滯后突水，最大涌水量270 m3/h。因此對斷層及陷落柱的探查和防治是礦井地質防治水工作的重點。

1 工作面基本情況

紫晟煤業2-109 工作面開采2#煤層，煤層厚度3.0～4.0 m，平均厚度3.68 m，平均傾角3°。工作面煤層底板標高+121～+145 m，地面標高+562～+648 m，蓋層厚度312～362 m，基巖厚度218～282 m，地表以丘陵耕地為主，無建筑物。2-109 工作面位于一采區系統巷道的右翼，西部為F136斷層，東部為F23斷層，南部為井田邊界，北部為一采區系統巷道。工作面基本情況見圖1。

圖1 2-109 工作面基本情況

該工作面東西兩側均為中型斷裂構造。2-1092 巷掘進至330 m 時揭露落差為15 m 的F136斷層，該斷層走向基本順巷道延伸方向，為避免該斷層的影響，工作面寬度整體回縮20 m。2-1091 巷掘進至709 m 時揭露落差為7 m 的F137斷層，工作面方位向右調整6°，避開了F137斷層。整體斷裂構造發育，對工作面的布置影響較大。

2 主要水害隱患

工作面頂板含水層為山西組砂巖含水層。2#煤層上距K8砂巖1.26～23.62 m，平均9.75 m，該含水層富水性弱，局部區域頂錨索有少量淋水，一般幾天可自行疏干，對掘進無影響。底板含水層主要為太原組灰巖及奧陶系灰巖巖溶含水層。根據臨近水文鉆孔資料，該區域太原組灰巖含水層水位+510 m，單位涌水量0.05 L/（s·m），為弱富水性含水層，工作面標高+134 m，2#煤層距太灰含水層平均間距為80 m，工作面太灰帶壓3.76 MPa。該區域奧陶系灰巖含水層水位+500 m，單位涌水量0.8 L/（s·m），為中等富水性含水層，2#煤層距奧灰含水層平均間距為120 m，工作面奧灰帶壓3.66 MPa。2-109 工作面主要受下伏太原組灰巖及奧灰含水層影響。建礦初期礦井總回風巷揭露落差30 m 順巷道方向的斷層，受掘進擾動影響，煤層底板太灰及奧灰含水層水沿斷層裂隙帶涌出，最大出水量270 m3/h，后經注漿治理，出水點被封堵。對構造及陷落柱水害隱患的探查和防治是紫晟煤業礦井防治水工作的重點。

3 陷落柱探查分析

2-1092 巷掘進至705 m 時進行第十次超前鉆探，設計4 個探測鉆孔，正前方1#鉆孔探測深度42.5 m 見破碎巖屑，無法識別是否為頂底板巖層。因此調整鉆孔方位間隔20°對工作面內側進行探測，2#鉆孔約43.2 m 見破碎巖屑，3#鉆孔43.8 m 見破碎巖屑，4#鉆孔65 m 為全煤［3］。根據探測情況初步判斷巷道前方42.5 m 段為陷落柱。鉆孔平面見圖1，鉆孔參數及揭露煤巖情況見表1。

表1 2-1092 巷鉆孔參數及揭露煤巖情況

為減少無效掘進進尺，該掘進工作面暫時停掘。同時在2-109 一切巷33#點前4 m 揭露落差4 m 的F150斷層，為防止將斷層包入工作面內部，同時兼顧對2-1092 巷預判構造進行探測，在33#導線點處施工了2-1092 返掘巷。巷道掘進15 m后揭露F150斷層。為對2-1092 巷超前42.5 m 處陷落柱進行進一步的探測，在返掘巷每隔20 m 施工1 個探查鉆孔，共計施工4 個探查孔，鉆孔參數及揭露煤巖情況見表2。

表2 2-1092 返掘巷鉆孔參數及揭露煤巖情況

6#、7#探查孔施工32 m、29 m 見破碎巖屑，預測進入陷落柱，鉆孔無涌水。5#、8#孔為全煤，判斷已繞開陷落柱。綜合2-1092 巷探測成果初步預判陷落柱長軸52 m，短軸32 m。

4 坑透探查驗證

為了進一步驗證陷落柱的邊界，采用無線電坑透儀對陷落柱范圍進行專項探測。本次坑透在2-1092 巷迎頭布置1 個發射點，在2-1092 返掘巷布置16 個接收點［4-5］，探測設計見圖2。探測采用發射機頻率為0.5 MHz，測點步距為5 m，共計接收16 個測點。探測原始數據見表3，探測成果見圖2。

圖2 坑透探測成果

表3 坑透探測實測場強統計

本次探測數據采集質量較好，反應陷落柱、斷層特征較為明顯。在2-1092 返掘巷口0～15 m處，接收點位于斷層的上升盤，斷層落差4 m，煤層完全斷開，未接收到場強信號。在返掘巷口往里20～35 m 處，受X9 陷落柱影響，整體場強值較小。在返掘巷口35～40 m 處場強增加10.4 db，較正常探測點場強明顯增加，判斷該處為陷落柱影響分界線。在返掘巷口45～80 m 處離發射點逐步接近，場強穩定遞增，判斷該處煤巖層正常。綜合坑透探測成果進一步驗證了X9 號陷落柱的發育范圍，為合理設計繞巷位置，提供了準確的地質資料。

5 結語

通過鉆探探測初步分析2-1092 巷超前42.5 m存在斷層或陷落柱，通過正、返掘巷對比鉆探分析確定工作面外側存在陷落柱，初步圈定陷落柱的范圍。靈活運用坑透物探手段，合理布置發射和接收點位置，驗證了陷落柱的長軸為52 m，短軸為32 m，為合理設計繞巷位置，提供了準確的地質資料，避免了無效的掘進進尺。本次掘進工作面陷落柱的探查分析方法對同類型礦井探查陷落柱發育范圍具有一定的借鑒意義。