矿井陷落柱探测技术研究

张宇鹏

（晋能控股煤业集团地煤精通兴旺煤业有限公司，山西 大同 037003）

引言

随着科技的快速发展，煤炭行业也在不断引入新兴的采煤设备，工作效率逐渐提高，导致煤炭资源的消耗快速增加，由于在采矿的过程中，未能提前将矿井所在的环境进行一个细致的分析，导致在采掘的过程出现不合理的开采，最终导致了煤炭资源的浪费严重的现象。产生该现象的突出的因素是断层和陷落柱对采矿过程的影响，在采矿过程中，影响最大的因素是陷落柱的影响。本文通过对霍州煤电集团A 矿进行分析调研，通过钻探和物探验证结合的相关知识，对晋能控股煤业集团A 矿的XV5302 工作面陷落柱进行勘察，通过记录陷落柱的形状、充水性等，使得煤矿开采的时候保证其效率，充分利用煤矿资源。

1 工作面情况

该矿的设计在进行煤矿开采是预达150 万t，矿井的开拓方式是斜井盘区式，斜井设备分为主副两套装备，主斜井装配配1.4 m 强力胶带输送机，而副斜井是通过装备双沟来进行提升任务，在矿区的南北方向上，各设立一个进风井和回风井。通过考虑煤层的布局情况以及在实际生产过程中的开采情况，在对矿井的设计中，有了新的改进，设计通过一水平主要对3 号煤层进行开采以及二水平主要对9#和15#煤层进行开采来进行划分的。

XV5302 工作面是该矿155 盘区的回采工作面，在这次的设计有改进，煤层厚度1.9 m～2.80 m，倾斜长175.50 m，走向长761.71 m，煤层的平均厚度2.38 m，其中煤层的每一层中含有0.23 m夹矸，较为稳定，储备量为431112.68t，XV5302 工作面的充水水源以上覆K2 石灰岩层间裂隙水和上部采空区积水为主，针对该区进行探查和投放，以X46 和X44 陷落柱在工作面进行工作，其中关于X44 陷落柱采用甩掉，则会使得X46 能够通过。X46 和X44 陷落柱对该工作面都有会有一定的影响，因此在进行设计的过程中，考虑将X46 边缘为设计停采线，在进行开采过程中对该表面回风巷在设计中要揭露X15-2，通过对工作情况的观察，记录X46 和X44 的具体位置，并根据相关运行情况来确定相关方案。

2 陷落柱探测

针对该工作表面的陷落柱进行观察分析，首先通过物探先行，钻探跟进的方法来进行探测，如果在实际的实施中存在问题，在进行巷探方法进行解决。

2.1 物探探测

在对工作面进行坑透的过程，通常采用的设备是坑透仪，该仪器可以通过记录岩石吸收系数CT 成像图和实测场强曲线的变化来进行全面比对[1]，确定一个合理的地质情况解释。

通过对相关资料进行分析，可以看出由于陷落柱X44 的存在，对2#区有一定的影响，陷落柱X46 的存在对3#区有一定的影响所致，探测异常区特征分析，如表1 所示。

2.2 钻探探测

观测坑透的结果，相应的对陷落柱X44、X46 和X15-2 进行探测钻孔的设计，进行3 个钻孔设计的分别是陷落柱X44 和X15-2，X46 为10 个钻孔。钻孔布置，如下页图1 所示，具体参数，如下页表2 所示。

表2 探测陷落柱设计钻孔参数

图1 设计钻孔相对位置示意

在对陷落柱的孔设计中，标定1#～5#孔在工作过程中起探测作用，6～10#孔在工作过程中的作用是辅助验证作用，在工作的过程中，通过线记录陷落柱所处的工作位置，后进行圈定边界为主要的方法。先在XV5203 巷（进风巷）施工设计3#孔，记录在工作状态中陷落柱的状态，然后对其进行先关参数的调整。在XV5204 巷（回风巷）进行相应的钻孔时，对设计孔的参数进行相应的调整，并结合工作状态进行验证。陷落柱X46 的实际工作过程中有效孔的个数为13 个，包括8 个其主要探测作用的钻孔，以及5 个起辅助验证作用的钻孔。通过对钻探返回岩粉进行分析，得出的结果是采用陷落柱X46 不含水，主要的含量是以泥岩为主，并有少量的砂岩和石灰岩[2]。

陷落柱X15-2 是巷道揭露陷落柱，在设计中，将3 个钻孔放置在陷落柱内，在实际的工作环境中，其有效作用的是6 个钻孔，通过对该陷落柱的边界进行确定，并且保证形状基本符合（图2）陷落柱X44 探测是通过记录陷落柱的边缘为主要的目的，所以，先通过施工1#孔来保证边界，然后在通过2#、3#孔来保证另一侧的边界，通过确定陷落柱的位置，得到的结果于预期的位置均相差不大。钻探探测成果，如图2所示。

图2 钻探探测成果

2.3 巷探

钻探结果表明，通过对研究的3 个陷落柱的工作情况进行分析，均能够到达预期的目的，不需要进行一步验证。

2.4 回采方案

通过探测结果显示，将该工作面设计停采线在一定的方向进移动，当外移220 m 时，能够强行通过陷落柱X46 和X15-2，对陷落柱X44 边缘的10 m 出的地方通过末采的方法。该种方案能够保证该工作面的采储量有效地增加，能够保证近30%。

3 实际揭露与探测对比总结

在回采过程中，可以发现只有陷落柱X15-2 在该过程中与预期的结果相似，而X46 和X15-2 在工作面内揭露，钻探探测成果与实际揭露对比，如图3所示。

图3 钻探探测成果与实际揭露对比

通过对该过程的结果进行分析可知，由于在探测时陷落柱X46 所涉及的范围很小，因此在工作过程中表现得结果与预期结果比较相似[3]。而陷落柱X46需探测范围大，这就导致工作面的中部距离较远，在回采的过程中，可以很明显的看出陷落柱和煤层的接触中并不是直接的一个面全部接触，而是呈阶梯状，很容易在判断过程中出现误判。

4 结语

在煤矿的生产中，陷落柱对其影响非常大，对陷落柱的导水性、空间位置、形态进行探测分析，精准推测陷落柱的参数对未来煤矿行业在有效开采过程具有重大的影响。对晋能控股煤业集团A 矿XV5302 工作面陷落柱探测，物探划定异常区，在通过钻探来进行验证，并与在工作环境中的实际揭露陷落柱与陷落柱的探测进行对比，可以得出结果，通过先物探然后在钻探的方式，能够到达预期的结构。