综合勘探技术在采煤工作面构造发育区精细化探测中应用

崔瑜科

(山西汾西矿业集团有限责任公司 双柳煤矿，山西 柳林 033300)

现阶段井工煤炭资源回收普遍采用综采或者综放开采方式，机械化以及自动化程度较高，当煤炭开采时无计划揭露断层、陷落柱或者煤厚变化段时，不仅会影响采面推进速度，而且回采时容易出现冒顶、片帮甚至支架倾倒(压架)等，同时地质构造发育区也是导水、瓦斯集聚等通道，采面在此期间生产时容易出现涌出量较大或者瓦斯异常涌出等问题[1-3]。因此，采用各种技术手段对在回采范围内地质构造进行探测，并依据探测结果采取针对性应对措施，对提高煤炭生产效率以及安全保障能力等方面均有一定促进意义[4-5]。物探具备有探测效率高、范围广优点，煤矿井下常用的物探技术包括无线电坑透、槽波地震等，钻探是精准掌握以及验证地质构造的主要技术措施，将物探及钻探方式相结合，不仅可提高探测效果，而且有助于精准掌握采面内构造赋存情况[6-9]。为此，文中以50306综放工作面为背景，提出用无线电坑透+钻探方式实现采面回采区精细化探测，以期实现煤炭资源的安全高效开采。

1 工程概况

50306综放工作面设计开采长度1 450 m、面长280 m，主要开采3号煤层，煤层厚度均值6.3 m，埋藏深度305 m、倾角2～5°.3号煤层直接顶及直接底分别为厚度4.8 m砂岩和厚度5.6 m砂质泥岩。根据现有物探资料显示，在50306综放工作面存在有多个陷落柱(编号X02、X03、X07及X11等)，同时巷道掘进多个断层、落差在3 m以上(编号F10、F13等)，具体采面内构造大致分布，如图1所示。在采面已有的陷落柱以及断层位置可能发育有未掌握的伴生隐伏构造，采面开采范围内煤层赋存条件较为复杂。为实现采面内地质构造精细化探测，综合使用物探及钻探方式对开采区进行探测，具体措施包括有无线电坑透确定异常区位置(大致确定构造发育区)、钻孔窥视方法对异常区进行验证，以便实现采面内地质构造详细探测。

图1 采面内构造大致分布示意

2 采面内构造发育区精细化探测

2.1 加密无线电坑透

2.1.1 探测方案布置

在50306综放工作面无线电坑透采用的探测设备型号为WKT-E探测仪，采面面长为280 m，根据采面现场情况确定的无线电坑透频率为0.5 MHz.采面无线电坑透采用的探测方法为定点法，发射点位置相对固定在探测时移动接收点位置，实现目标区域探测。发射点、接收点布置间隔分别为50 m、10 m，现场探测距离确定为1 450 m，现场共计布置60个发射点以及295个接收点。采用加密探测方式，布置如图2所示，1个发射点有11～21个接收点。

图2 加密无线电坑透布置示意

2.1.2 探测结果分析

从含煤地层岩性特征来看，黏土岩具备的电阻率一般偏高，砂岩电阻率居中，而灰岩、煤层电阻率偏低。当有陷落柱、断层等时，构造及构造边界与煤层、顶底板岩层等位置出现明显的电阻率差异，地质构造发育区内电磁波会出现明显的能量衰减异常区。对现场加密无线电坑透获取到的数据进行分析并排出探测区内干扰因素，具体获取得到的无线电坑透探测结果如图3所示。依据无线电坑透成果并结合现有的地质资料，确定确定的探测异常区中KFYC1为陷落柱、其他的异常区KFYC2～ KFYC5则为煤层(顶底板)破碎带或者断层影响区或陷落柱。

图3 加密无线电坑透成果图

2.2 钻探分析

依据加密无线电坑透成果，在50306回风巷道内布置探测钻孔进行钻探，为更为直观地掌握钻孔孔壁围岩性质，采用钻孔窥视技术窥视钻孔孔壁岩性，以便实现异常区构造类型判定。根据钻孔排渣以及窥视发现异常区内为破碎带且夹杂顶板砂岩时即可判定异常区类似为陷落柱；当钻孔钻进排渣及窥视发现钻孔依次揭露煤层、裂隙发育带以及煤层顶底板岩层时则可判定构造类型为断层；当钻孔排渣以及窥视发现构造区内煤体破碎且未出现显著的煤岩交汇界面时，则可判定钻探的异常区类型为煤岩体破碎带。

在异常区KFYC1布置的钻孔窥视成果如图4所示，钻孔孔壁破碎且钻进过程中排渣为破碎且杂乱的煤岩体，根据钻探及窥视成果确定异常区KFYC1为陷落柱。异常区KFYC2钻孔窥视成果如图5所示，根据钻孔排渣及窥视成果判定异常区KFYC2为断层及断层影响区内煤体破碎。其余的KFYC3～KFYC5异常区均通过钻探及钻孔窥视技术进行验证，具体依据钻探成果确定的探测区内构造发育情况如图6所示。

图4 KFYC1异常区钻孔窥视图

图5 KFYC2异常区钻孔窥视结果

图6 精细化探测结果

图6中，ZHF1、ZHX1～ZHX5、ZHYC-1～ZHYC5分别为断层、陷落柱及破碎带，通过采用以加密无线电坑透+钻探方式为主的综合勘探技术后，可实现采面开采范围内构造发育区内精细化探测。

3 采面回采揭露情况

在50306综放工作面推进期间详细记录揭露的地质构造。在采面推进期间共计揭露有5个小陷落柱、1个断层以及若干煤体破碎区。对采面揭露断层情况与采面精细化探测成果进行比对，发现精细化探测确定的地质构造类型与发育位置与采面回采揭露构造类型及位置相近，表明精细化探测成果可信度及精度较高。

在采面回采至地质构造影响区时，可提前采用强化顶板及综放设备管理、适当调整采面推进速度以及超前注浆等各种技术措施，以便增强煤炭开采安全保障能力。

4 结 语

采面回采范围内发育的地质构造会给煤炭正常生产带来较大制约，提前掌握地质构造发育位置并针对性采取应对措施对提升煤炭开采安全保障能力以及生产效率等有显著的促进作用。在50306综放工作面开采范围内，用加密无线电坑透+钻探(结合钻孔窥视)实现采面构造发育区精细化探测，依据物探及钻探成果确定构造类型及发育位置。在探测区域内共计确定5个陷落柱(最大影响半径均在2 m以内)、1个断层(落差0.8 m)以及多个煤层破碎带。50306综放工作面在回采至确定的地质构造影响区时，超前采用强化顶板及综采设备管理、注浆以及调整采高、推进速度等技术措施后，采面回采过地质构造发育区期间时顶板、综放设备等始终保持稳定，地质构造未对煤炭正常、安全回采带来不利影响，实现了采面安全高效生产。