超前鉆探技術(shù)在煤礦的應(yīng)用

趙 毅，茹海豐

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 晉城有限公司，山西 晉城 048000）

超前鉆探技術(shù)在煤礦的應(yīng)用

趙 毅，茹海豐

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 晉城有限公司，山西 晉城 048000）

由于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦生產(chǎn)與安全的重要影響，利用超前鉆探技術(shù)進(jìn)一步控制薄煤帶范圍及斷層產(chǎn)狀、探測(cè)賦存不穩(wěn)定煤層煤厚及隱伏的斷層、陷落柱等不明構(gòu)造，對(duì)合理布置工作面和圈定資源儲(chǔ)量、了解煤厚變化規(guī)律及構(gòu)造導(dǎo)水性、防止資源與工程浪費(fèi)及水害、瓦斯事故的發(fā)生具有現(xiàn)實(shí)意義。

超前鉆探；滑動(dòng)構(gòu)造；煤厚；斷層；陷落柱

本文主要闡述兩方面的應(yīng)用：一是對(duì)賦存不穩(wěn)定煤層煤厚的超前探測(cè)，二是對(duì)斷層、陷落柱等構(gòu)造的超前探測(cè)；以提高預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的質(zhì)量與準(zhǔn)確率，更好指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 以滑動(dòng)構(gòu)造井田為例，探測(cè)摸索煤厚變化規(guī)律和控制層位

1.1 滑動(dòng)構(gòu)造井田特征

滑動(dòng)構(gòu)造造成煤層頂、底板產(chǎn)狀不協(xié)調(diào)、煤層頂板上隆、底板下凹的現(xiàn)象，構(gòu)造形跡以正斷層為主?；瑒?dòng)構(gòu)造引起的層間滑動(dòng)在煤層及煤頂、底板普遍發(fā)育，層間滑動(dòng)使煤層經(jīng)歷了剪切、擠壓、滑移、流變的全過程，煤層頂?shù)装瀹a(chǎn)生不協(xié)調(diào)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(shù)

煤（巖）巷掘進(jìn)與工作面回采期間，常會(huì)遇到滑動(dòng)構(gòu)造引起的煤厚急劇變化現(xiàn)象，需要使用超前鉆探技術(shù)探測(cè)。根據(jù)勘探鉆孔與巷道實(shí)揭資料設(shè)計(jì)煤厚探測(cè)鉆孔，煤厚探測(cè)鉆孔呈扇形布置，設(shè)計(jì)長度按100m一個(gè)循環(huán)，終孔垂距每1.5m設(shè)計(jì)一個(gè)鉆孔，一組鉆孔3個(gè)～5個(gè)；見圖1，采用水力排粉無芯鉆進(jìn)，根據(jù)鉆進(jìn)壓力、返水顏色和鉆屑判斷煤層及頂?shù)装鍘r性。

（1）煤巷掘進(jìn)突遇煤厚變化進(jìn)入薄煤帶施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格沿標(biāo)志層掘進(jìn)，使用掛耳鉆場(chǎng)或直接在迎頭超前鉆探，鉆孔設(shè)計(jì)按圖1循環(huán)布置，每循環(huán)鉆探結(jié)束后將分析結(jié)果，以臨時(shí)性地質(zhì)預(yù)報(bào)方式下發(fā)至業(yè)務(wù)部門和施工區(qū)隊(duì)，指導(dǎo)安全掘進(jìn)，直至進(jìn)入厚煤區(qū)掘進(jìn)。

圖1 煤厚鉆探技術(shù)簡圖

圖2 鉆場(chǎng)布置

（2）工作面形成后探測(cè)內(nèi)部煤厚情況時(shí)，從上、下順槽分別對(duì)工作面內(nèi)部進(jìn)行鉆探，從上、下順槽每隔20m設(shè)計(jì)布置一組鉆孔，單組鉆孔設(shè)計(jì)按圖1，根據(jù)上、下順槽實(shí)揭情況及探煤鉆孔鉆探情況分析，確定工作面內(nèi)部薄煤帶延展方向及范圍、圈定資源儲(chǔ)量、編制回采地質(zhì)說明書，有效指導(dǎo)生產(chǎn)。

（3）煤與瓦斯突出礦井施工底板抽放巷等巖石巷道時(shí)，因受滑動(dòng)構(gòu)造影響，煤層具有突變、驟變特點(diǎn)，需進(jìn)行交叉邁步式超前鉆探掩護(hù)掘進(jìn)，一般采用掛耳鉆場(chǎng)鉆探；遇層位突變不穩(wěn)定時(shí)，從迎頭鉆探。根據(jù)勘探鉆孔與巷道實(shí)揭資料設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)，設(shè)計(jì)長度按150m一循環(huán)、終孔垂距每2m設(shè)計(jì)一個(gè)鉆孔，一組鉆孔3個(gè)～5個(gè)；見圖2。根據(jù)鉆探結(jié)果合理調(diào)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(qiáng)小斷層等隱伏構(gòu)造的探測(cè)與控制，可有效避免近煤層施工甚至誤揭煤層的情況發(fā)生。

2 超前鉆探技術(shù)控制隱伏的斷層、陷落柱等構(gòu)造

2.1 晉城礦區(qū)地質(zhì)概況

晉城井田位于太行山背斜南部西側(cè)，沁水塊坳東南部，礦區(qū)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(gòu)造，各井田構(gòu)造多以寬緩的連續(xù)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(wěn)定，受區(qū)域構(gòu)造影響，井田內(nèi)局部區(qū)域發(fā)育有高角度正斷層及陷落柱，且多數(shù)不易在勘探期間發(fā)現(xiàn)，具有隱伏、未知的特點(diǎn)。

2.2 鉆探手段簡述

圖3 鉆場(chǎng)布置

（1）為進(jìn)一步探明掘進(jìn)前方及回采工作面內(nèi)部隱伏的斷層、陷落柱等構(gòu)造產(chǎn)狀、導(dǎo)水性等情況，晉城礦區(qū)堅(jiān)持“有掘必探，探掘分離”的原則，采用“物探先行，鉆探驗(yàn)證”的手段，利用深孔鉆探掩護(hù)掘進(jìn)。（2）晉城礦區(qū)高角度正斷層傾角大，斷裂明顯，少有拖曳現(xiàn)象，對(duì)煤巷掘進(jìn)影響較大；循環(huán)鉆探期間探到前方無煤見巖后，設(shè)計(jì)探測(cè)斷層導(dǎo)水性鉆孔，確定無水后可掘進(jìn)至斷層處，并探測(cè)斷層另一盤煤層所在位置，進(jìn)一步確定斷層產(chǎn)狀；根據(jù)揭露斷面巖性判斷斷層上、下盤，并設(shè)計(jì)探煤鉆孔探測(cè)斷層另一盤，設(shè)計(jì)長度按150m，終孔孔距每15m設(shè)計(jì)一個(gè)孔，1組鉆孔3～5個(gè)；見圖3。斷層另一盤（落差）控制后，設(shè)計(jì)水平鉆孔進(jìn)一步探測(cè)斷層走向，從而控制斷層。（3）工作面形成后探測(cè)內(nèi)部隱伏的小斷層、陷落柱時(shí)，從上、下順槽分別對(duì)工作面內(nèi)部進(jìn)行鉆探，每隔40m布置一組鉆孔，根據(jù)煤層傾角設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)，采用水力排粉無芯鉆進(jìn)；若鉆進(jìn)為全煤則煤層連續(xù)，工作面內(nèi)部無大的斷裂構(gòu)造及陷落柱存在；若鉆進(jìn)見巖則換取芯鉆頭取芯，根據(jù)周圍巷道揭露情況及巖芯巖性判斷構(gòu)造是斷層還是陷落柱，判明后繼續(xù)鉆探控制斷層產(chǎn)狀或陷落柱影響范圍，將分析結(jié)果以地質(zhì)預(yù)報(bào)下發(fā)至各業(yè)務(wù)部門，指導(dǎo)安全生產(chǎn)。（4）根據(jù)鉆探結(jié)果合理修改采區(qū)設(shè)計(jì)，優(yōu)化工作面布置，防止資源與工程浪費(fèi)，有效控制了采掘區(qū)域隱伏的斷層、陷落柱等構(gòu)造，避免了誤揭隱伏導(dǎo)水構(gòu)造引發(fā)的水害事故。

3 結(jié)束語

隱伏的斷層、陷落柱嚴(yán)重影響著煤礦安全與生產(chǎn)，滑動(dòng)構(gòu)造所派生的小構(gòu)造多種多樣，對(duì)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(chǎn)狀、褶曲產(chǎn)狀、陷落柱等地質(zhì)參數(shù)，可為采掘、防突、防治水工程提供基礎(chǔ)資料，因此超前鉆探技術(shù)在煤礦廣泛應(yīng)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(xué)本科，助理工程師，從事地測(cè)防治水工作。

樊 敏