综合地质勘探在回采工作面构造发育区域精细探查中的应用

赵倩

【摘 要】 为了掌握回采工作面开采范围内地质构造发育情况及类型，文章以5706综放工作面为研究对象，提出采用无线电坑透+钻探方式对采面回采范围内地质构造发育情况进行精细化探测，并进行现场工程应用。结果表明：在采面使用无线电坑透时，通过加密测点及测线可更为精准地圈定地质异常区范围，异常区圈定范围更具针对性;在钻探时通过综合分析钻孔排渣及钻孔窥视图像，可便于钻探成果解释;在 5706综采工作面对发育的5个陷落柱、一个断层以及5个煤体破碎区范围进行确定，煤炭回采时根据探测结果提前采取煤岩体加固、强化顶板管理等措施后，采面得以安全、高效通过地质构造区。研究成果可为其他矿井回采工作面地质构造精细化探测提供借鉴参考。

【关键词】 综合地质勘探;回采工作面;地质构造;物探;钻探;钻孔窥视

【中图分类号】 TD166 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）02-0001-03

我国煤炭资源赋存条件较为复杂，特别是随着采深增加，煤炭开采时受地质构造影响更为明显，对回采范围内地质构造进行详细探查对确保煤炭开采效益及开采安全均具有重要意义。现阶段采煤工作面地质构造探测技术包括有槽波地震、无线电坑透、钻探等。槽波地震虽然可探测小断层等隐伏地质构造，但是需要在采面内进行爆破，探测过程繁琐且存在一定的安全风险;无线电坑透则有探测效率高、探测结果可信度高等优点。为此文中提出通过加密无线电坑透测网并结合钻孔窥视技术对采面内构造进行精细化探测，现场取得较好的探测效果。

1工程概况

山西某矿5706综放工作面推进长度、切眼斜长分别为1460m、295m，主采的7#煤层厚度平均6.8m、倾角5～8°、埋深610m。7#煤层直接顶为平均厚度4.8m的砂岩、砂质泥岩，直接底为平均厚度4.5m的砂质泥岩。根据已有的地面三维地震探测资料，在5706综放工作面回采范围内至少有4个长轴在30m以上的陷落柱（编号X02、X07、X11）。回采巷道掘进过程中揭露2条断层（F10、F13），落差均在3m以上。具体采面内已掌握的地质构造分布情况见图1。

2地质构造精细化探查

2.1无线电坑透

2.1.1现场布置

本次无线电坑透探测采用的透视仪型号为WKT-E型号，5706综放工作面切眼斜长295m。根据切眼宽度、无线电坑透经验以及井下探测频率试验结果，无线电透视频率确定为0.5MHz。现场探测采用定点法，即发射机位置相对固定，接收机在一定范围内逐点测定电磁波能量。接收点、发射点间距分别为10m、50m。5706综放工作面探测长度为1460m，采面两巷内发射点及接收点数量分别为60个、296个，并分两次对探测数据进行采集。

第一次探测时一个发射点对应的接收点数量为6～11个，具体见图2（a）;第二次探测时一个发射点对应的接收点数量为11～21个，具体见图2（b）。

2.1.2探测数据处理分析

从电性特征来看，煤层、灰岩电阻率值一般较高，砂岩次之，黏土岩最小。当探测区内存在断层、陷落柱等构造时，煤层及构造内的顶底板泥质砂岩层出现较为明显的电性差异，砂质泥岩对电磁波具有较高的吸收强度，从而使得地质构造区内存在电磁波能量衰减异常区。

现场获取到的数据较为完整，在探测范围内不存在明显的干扰，具体545～565号接收点接收到的50号探测点场强及衰减系数曲线见图3。

从图中看出5706综放工作面内探测曲线变化符合无线电坑透的探测规律。同时也说明探测结果具有较高的可信度。根据探测结果反演得到煤岩体CT成像图（见图4）。

根据矿井以往揭露陷落柱及断层情况发现，陷落柱内岩体往往被泥岩胶结，充填较为密实、裂隙不发育;断层破碎带裂隙发育。因此，采用无线电坑透时陷落柱周边电磁波降低幅度以及吸收系数往往低于断层。根据无线电坑透探测结果，发现KFYC2、KFYC3异常区电磁波降低幅度以及吸收系数均较高，因此判定为断层;KFYC1、KFYC4、KFYC5电磁波降低幅度以及吸收系数范围类似，结合已有的地质资料以及无线电透视结果，推断KFYC1区域为陷落柱、KFYC4～ KFYC5区域为断层及破碎带。

2.2钻探分析

结合无线电透视结果，在5706回采巷道内布置钻孔，通过结合钻孔最近过程的岩性变化以及钻孔窥视结果对无线电透视结果进行判定。当钻孔钻进及窥视过程中显示煤岩体破碎且夹杂有7#煤层顶板砂岩时即可钻孔钻进揭露地质构造为陷落柱;当钻孔钻进及窥视过程中依次出现煤层、破碎区（裂隙带）、煤层顶（底）板时可判定钻孔钻进揭露地质构造为断层;当钻孔钻进及窥视过程中均为破碎煤岩体且未穿越任何明显的煤岩界面时，则可判定钻孔钻探区域为煤体破碎带。

钻孔在KFYC1异常区范围内钻进时钻孔窥视图像见图5。

从图中也可看出钻孔周边煤岩体破碎，在钻孔钻进过程返渣为破碎、杂乱的煤岩体，因此判定KFYC1异常区为陷落柱;在KFYC2异常区钻探时前后钻孔窥视成果见图6、图7，结合钻孔钻进返渣情况以及钻孔窥视结果，判定KFYC2异常区为断层、破碎带。

根据钻孔钻进及窥视结果，在5706综放工作面探测到的地质构造赋存情况见图8，其中ZHX1～ZHX5均为陷落柱、ZHF1为断层、ZHYC-1～ZHYC5为破碎带。

3回采揭露构造情况

在5706綜放工作面回采期间对揭露的地质构造进行详细记录，在回采时共揭露有5个陷落柱以及一条断层。通过比对采面回采时揭露断层位置发现，地面三维地质勘探限制的陷落柱、断层位置与采面实际揭露位置有较大偏差;而在采面精细化探查（无线电坑透+钻探）探测到的地质构造位置与采面揭露构造位置接近。

由于通过细化探查预先掌握地质构造发育位置，在回采期间通过提前预注浆、强化顶板管理等措施，采面在过地质构造时未出现顶板冒落问题，仅局部位置出现小规模煤壁片帮。在5706综放工作面采取精细化地质构造探测工作为采面安全、高效回采提供了一定的保障。

4总结

在地质构造发育区通过加密无线电坑透测点布置可提高坑透精度，从而更为精准地圈定异常区范围，降低后续钻探工作量;在钻探时结合钻孔排渣、钻孔窥视可提高钻探成果精度，为精准掌握地质构造位置、类型提供指导。

根据该矿区以往坑透经验，由于陷落柱内岩体被泥岩胶结，裂隙往往不发育，但是断层附近往往裂隙发育。在陷落柱周边电磁波降低幅度以及吸收系数往往低于断层。因此，根据上述判定方式并结合现有地质资料判定5706综采工作面内KFYC1区域为陷落柱、KFYC2～ KFYC5区域为断层及破碎带。后续钻孔排渣及钻孔窥视结果也验证了无线电坑透结果。

在5706综放工作面采取精细化探测工作后，精准掌握了采面内断层、陷落柱位置，矿井根据探测结果采取针对性的围岩加固、管理措施后，采面回采期间未出现顶板冒落等事故，为煤炭安全、高效回采创造了良好条件。

【参考文献】

[1]张国恩.槽波地震勘探技术在采煤工作面构造探测中的应用[J].煤矿安全，2020，51（8）：164-168.

[2]王圣龙.回采工作面隐伏构造无线电波透视技术精细化探测研究[J].中国煤炭，2020，46（4）：83-86.

[3]焦阳，窦文武，谭菁，等.回采工作面地质构造精细化综合探测技术研究与应用[J].中国煤炭，2019，45（11）：53-58.

[4]马生勇.无线电波透视技术在采煤工作面地质构造探测中的应用[J].自动化应用，2019（10）：111-112.

[5]商宇航，刘春雨，杜添添，等.采煤工作面隐伏地质异常体的无线电波透视探测[J].黑龙江科技大学学报，2019，29（3）：341-345.

[6]胡泽安.煤层工作面透射地震波场特征及其三维成像研究[D].淮南：安徽理工大学，2019.

[7]程刚，张平松，吴荣新，等.矿井工作面地质异常精细探查方法技术研究进展[J].工程地球物理学报，2013，10（1）：99-106.

[8]关金锋.采煤工作面小构造探测及动态分析方法研究[D].焦作：河南理工大学，2016.

[9]王济德，李世民，劉彦俊.开拓巷道穿过导水构造的探查与预防治理技术[J].能源与节能，2015（5）：155-157.

[10]肖玉林.大宽度采煤工作面长偏移距无线电波透视成像研究[D].淮南：安徽理工大学，2017.