超前钻探技术在煤矿的应用

赵 毅，茹海丰

（山西煤炭运销集团 晋城有限公司，山西 晋城 048000）

超前钻探技术在煤矿的应用

赵 毅，茹海丰

（山西煤炭运销集团 晋城有限公司，山西 晋城 048000）

由于复杂地质构造对煤矿生产与安全的重要影响，利用超前钻探技术进一步控制薄煤带范围及断层产状、探测赋存不稳定煤层煤厚及隐伏的断层、陷落柱等不明构造，对合理布置工作面和圈定资源储量、了解煤厚变化规律及构造导水性、防止资源与工程浪费及水害、瓦斯事故的发生具有现实意义。

超前钻探；滑动构造；煤厚；断层；陷落柱

本文主要阐述两方面的应用：一是对赋存不稳定煤层煤厚的超前探测，二是对断层、陷落柱等构造的超前探测；以提高预测预报的质量与准确率，更好指导生产。

1 以滑动构造井田为例，探测摸索煤厚变化规律和控制层位

1.1 滑动构造井田特征

滑动构造造成煤层顶、底板产状不协调、煤层顶板上隆、底板下凹的现象，构造形迹以正断层为主。滑动构造引起的层间滑动在煤层及煤顶、底板普遍发育，层间滑动使煤层经历了剪切、挤压、滑移、流变的全过程，煤层顶底板产生不协调宽缓褶曲，并伴生高角度正断层，致使煤厚具有突变、骤变的特征。

1.2 超前煤厚钻探技术

煤（岩）巷掘进与工作面回采期间，常会遇到滑动构造引起的煤厚急剧变化现象，需要使用超前钻探技术探测。根据勘探钻孔与巷道实揭资料设计煤厚探测钻孔，煤厚探测钻孔呈扇形布置，设计长度按100m一个循环，终孔垂距每1.5m设计一个钻孔，一组钻孔3个～5个；见图1，采用水力排粉无芯钻进，根据钻进压力、返水颜色和钻屑判断煤层及顶底板岩性。

（1）煤巷掘进突遇煤厚变化进入薄煤带施工时，应严格沿标志层掘进，使用挂耳钻场或直接在迎头超前钻探，钻孔设计按图1循环布置，每循环钻探结束后将分析结果，以临时性地质预报方式下发至业务部门和施工区队，指导安全掘进，直至进入厚煤区掘进。

图1 煤厚钻探技术简图

图2 钻场布置

（2）工作面形成后探测内部煤厚情况时，从上、下顺槽分别对工作面内部进行钻探，从上、下顺槽每隔20m设计布置一组钻孔，单组钻孔设计按图1，根据上、下顺槽实揭情况及探煤钻孔钻探情况分析，确定工作面内部薄煤带延展方向及范围、圈定资源储量、编制回采地质说明书，有效指导生产。

（3）煤与瓦斯突出矿井施工底板抽放巷等岩石巷道时，因受滑动构造影响，煤层具有突变、骤变特点，需进行交叉迈步式超前钻探掩护掘进，一般采用挂耳钻场钻探；遇层位突变不稳定时，从迎头钻探。根据勘探钻孔与巷道实揭资料设计钻孔参数，设计长度按150m一循环、终孔垂距每2m设计一个钻孔，一组钻孔3个～5个；见图2。根据钻探结果合理调整巷道施工坡度，可有效控制巷顶距煤层的法线距离；并加强小断层等隐伏构造的探测与控制，可有效避免近煤层施工甚至误揭煤层的情况发生。

2 超前钻探技术控制隐伏的断层、陷落柱等构造

2.1 晋城矿区地质概况

晋城井田位于太行山背斜南部西侧，沁水块坳东南部，矿区除较大断层作为井田自然边界外，整体为一走向NNE向，倾向NW的单斜构造，各井田构造多以宽缓的连续褶曲为主，并伴有短轴背、向斜，地层较为平缓，倾角一般小于10°。煤层赋存稳定，受区域构造影响，井田内局部区域发育有高角度正断层及陷落柱，且多数不易在勘探期间发现，具有隐伏、未知的特点。

2.2 钻探手段简述

图3 钻场布置

（1）为进一步探明掘进前方及回采工作面内部隐伏的断层、陷落柱等构造产状、导水性等情况，晋城矿区坚持“有掘必探，探掘分离”的原则，采用“物探先行，钻探验证”的手段，利用深孔钻探掩护掘进。（2）晋城矿区高角度正断层倾角大，断裂明显，少有拖曳现象，对煤巷掘进影响较大；循环钻探期间探到前方无煤见岩后，设计探测断层导水性钻孔，确定无水后可掘进至断层处，并探测断层另一盘煤层所在位置，进一步确定断层产状；根据揭露断面岩性判断断层上、下盘，并设计探煤钻孔探测断层另一盘，设计长度按150m，终孔孔距每15m设计一个孔，1组钻孔3～5个；见图3。断层另一盘（落差）控制后，设计水平钻孔进一步探测断层走向，从而控制断层。（3）工作面形成后探测内部隐伏的小断层、陷落柱时，从上、下顺槽分别对工作面内部进行钻探，每隔40m布置一组钻孔，根据煤层倾角设计钻孔参数，采用水力排粉无芯钻进；若钻进为全煤则煤层连续，工作面内部无大的断裂构造及陷落柱存在；若钻进见岩则换取芯钻头取芯，根据周围巷道揭露情况及岩芯岩性判断构造是断层还是陷落柱，判明后继续钻探控制断层产状或陷落柱影响范围，将分析结果以地质预报下发至各业务部门，指导安全生产。（4）根据钻探结果合理修改采区设计，优化工作面布置，防止资源与工程浪费，有效控制了采掘区域隐伏的断层、陷落柱等构造，避免了误揭隐伏导水构造引发的水害事故。

3 结束语

隐伏的断层、陷落柱严重影响着煤矿安全与生产，滑动构造所派生的小构造多种多样，对煤厚变化起着显著的控制作用，利用超前钻探探清煤厚、断层产状、褶曲产状、陷落柱等地质参数，可为采掘、防突、防治水工程提供基础资料，因此超前钻探技术在煤矿广泛应用，有着重要作用。

Application of Advance Drilling Exploration inmines

ZHAO Yi,RU Hai-feng
(Jincheng Co.of Shanxi Coal Transportation and Sales Group,Jincheng Shanxi 048000)

Complex geological structure has great impacts on the production and safety inmines.Therefore,advance drilling exploration is significant for further control of thin coal belt and faults,for detection of unstable seam occurrence,concealed faults,collapse columns and other unknown structures,for reasonable arrangement of working faces,for calculation of deposit reserves,for understanding coal thickness variation and structure water flowing,and for prevention of resources,engineering wastage,water accidents,and gas accidents.

advance drilling exploration;slide structure;coal thickness;fault;collapse columns

TD163

A

1672-5050（2012）10-0053-02

2012-06-06

赵 毅（1987—），男，山西高平人，大学本科，助理工程师，从事地测防治水工作。

樊 敏