超前鉆探技術在煤礦的應用

趙 毅，茹海豐

（山西煤炭運銷集團 晉城有限公司，山西 晉城 048000）

超前鉆探技術在煤礦的應用

趙 毅，茹海豐

（山西煤炭運銷集團 晉城有限公司，山西 晉城 048000）

由于復雜地質構造對煤礦生產與安全的重要影響，利用超前鉆探技術進一步控制薄煤帶范圍及斷層產狀、探測賦存不穩定煤層煤厚及隱伏的斷層、陷落柱等不明構造，對合理布置工作面和圈定資源儲量、了解煤厚變化規律及構造導水性、防止資源與工程浪費及水害、瓦斯事故的發生具有現實意義。

超前鉆探；滑動構造；煤厚；斷層；陷落柱

本文主要闡述兩方面的應用：一是對賦存不穩定煤層煤厚的超前探測，二是對斷層、陷落柱等構造的超前探測；以提高預測預報的質量與準確率，更好指導生產。

1 以滑動構造井田為例，探測摸索煤厚變化規律和控制層位

1.1 滑動構造井田特征

滑動構造造成煤層頂、底板產狀不協調、煤層頂板上隆、底板下凹的現象，構造形跡以正斷層為主。滑動構造引起的層間滑動在煤層及煤頂、底板普遍發育，層間滑動使煤層經歷了剪切、擠壓、滑移、流變的全過程，煤層頂底板產生不協調寬緩褶曲，并伴生高角度正斷層，致使煤厚具有突變、驟變的特征。

1.2 超前煤厚鉆探技術

煤（巖）巷掘進與工作面回采期間，常會遇到滑動構造引起的煤厚急劇變化現象，需要使用超前鉆探技術探測。根據勘探鉆孔與巷道實揭資料設計煤厚探測鉆孔，煤厚探測鉆孔呈扇形布置，設計長度按100m一個循環，終孔垂距每1.5m設計一個鉆孔，一組鉆孔3個～5個；見圖1，采用水力排粉無芯鉆進，根據鉆進壓力、返水顏色和鉆屑判斷煤層及頂底板巖性。

（1）煤巷掘進突遇煤厚變化進入薄煤帶施工時，應嚴格沿標志層掘進，使用掛耳鉆場或直接在迎頭超前鉆探，鉆孔設計按圖1循環布置，每循環鉆探結束后將分析結果，以臨時性地質預報方式下發至業務部門和施工區隊，指導安全掘進，直至進入厚煤區掘進。

圖1 煤厚鉆探技術簡圖

圖2 鉆場布置

（2）工作面形成后探測內部煤厚情況時，從上、下順槽分別對工作面內部進行鉆探，從上、下順槽每隔20m設計布置一組鉆孔，單組鉆孔設計按圖1，根據上、下順槽實揭情況及探煤鉆孔鉆探情況分析，確定工作面內部薄煤帶延展方向及范圍、圈定資源儲量、編制回采地質說明書，有效指導生產。

（3）煤與瓦斯突出礦井施工底板抽放巷等巖石巷道時，因受滑動構造影響，煤層具有突變、驟變特點，需進行交叉邁步式超前鉆探掩護掘進，一般采用掛耳鉆場鉆探；遇層位突變不穩定時，從迎頭鉆探。根據勘探鉆孔與巷道實揭資料設計鉆孔參數，設計長度按150m一循環、終孔垂距每2m設計一個鉆孔，一組鉆孔3個～5個；見圖2。根據鉆探結果合理調整巷道施工坡度，可有效控制巷頂距煤層的法線距離；并加強小斷層等隱伏構造的探測與控制，可有效避免近煤層施工甚至誤揭煤層的情況發生。

2 超前鉆探技術控制隱伏的斷層、陷落柱等構造

2.1 晉城礦區地質概況

晉城井田位于太行山背斜南部西側，沁水塊坳東南部，礦區除較大斷層作為井田自然邊界外，整體為一走向NNE向，傾向NW的單斜構造，各井田構造多以寬緩的連續褶曲為主，并伴有短軸背、向斜，地層較為平緩，傾角一般小于10°。煤層賦存穩定，受區域構造影響，井田內局部區域發育有高角度正斷層及陷落柱，且多數不易在勘探期間發現，具有隱伏、未知的特點。

2.2 鉆探手段簡述

圖3 鉆場布置

（1）為進一步探明掘進前方及回采工作面內部隱伏的斷層、陷落柱等構造產狀、導水性等情況，晉城礦區堅持“有掘必探，探掘分離”的原則，采用“物探先行，鉆探驗證”的手段，利用深孔鉆探掩護掘進。（2）晉城礦區高角度正斷層傾角大，斷裂明顯，少有拖曳現象，對煤巷掘進影響較大；循環鉆探期間探到前方無煤見巖后，設計探測斷層導水性鉆孔，確定無水后可掘進至斷層處，并探測斷層另一盤煤層所在位置，進一步確定斷層產狀；根據揭露斷面巖性判斷斷層上、下盤，并設計探煤鉆孔探測斷層另一盤，設計長度按150m，終孔孔距每15m設計一個孔，1組鉆孔3～5個；見圖3。斷層另一盤（落差）控制后，設計水平鉆孔進一步探測斷層走向，從而控制斷層。（3）工作面形成后探測內部隱伏的小斷層、陷落柱時，從上、下順槽分別對工作面內部進行鉆探，每隔40m布置一組鉆孔，根據煤層傾角設計鉆孔參數，采用水力排粉無芯鉆進；若鉆進為全煤則煤層連續，工作面內部無大的斷裂構造及陷落柱存在；若鉆進見巖則換取芯鉆頭取芯，根據周圍巷道揭露情況及巖芯巖性判斷構造是斷層還是陷落柱，判明后繼續鉆探控制斷層產狀或陷落柱影響范圍，將分析結果以地質預報下發至各業務部門，指導安全生產。（4）根據鉆探結果合理修改采區設計，優化工作面布置，防止資源與工程浪費，有效控制了采掘區域隱伏的斷層、陷落柱等構造，避免了誤揭隱伏導水構造引發的水害事故。

3 結束語

隱伏的斷層、陷落柱嚴重影響著煤礦安全與生產，滑動構造所派生的小構造多種多樣，對煤厚變化起著顯著的控制作用，利用超前鉆探探清煤厚、斷層產狀、褶曲產狀、陷落柱等地質參數，可為采掘、防突、防治水工程提供基礎資料，因此超前鉆探技術在煤礦廣泛應用，有著重要作用。

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

趙 毅（1987—），男，山西高平人，大學本科，助理工程師，從事地測防治水工作。

樊 敏