小窯區呆滯煤量綜合探查技術的研究與應用

白玉峰

（同煤集團 云崗礦，山西 大同 037017）

1 概述

云崗礦已開采40多年，隨著前些年開采規模的擴大，資源接近枯竭，采掘嚴重失調。在80、90年代，井田內及周邊存在36座小窯，目前除少數整合，大多數均已關閉。當時煤價暴漲，小窯區越層越界現象嚴重，開采布局極不合理，采煤方法落后，回采率極低，造成大量資源浪費，小井關閉后留下許多呆滯煤量。如何在小窯區尋找煤炭資源且二次開拓呆滯煤量，關系到緩解銜接緊張局面，延續礦井服務年限。資源開拓前提條件就是進行水文地質探查，而采用全覆蓋立體式網絡綜合探查技術是小窯邊區資源回收的有效途徑和技術保障。

2 礦井311盤區狀況

311盤區西部，地表平坦，構造不發育，煤層結構簡單，賦存穩定，可采煤層共四層，上覆7#、8#煤層本礦已分別于2005、2010年盤區開采結束；11-1#、11-2#煤層在本區屬于近距離煤層合并區，分別于2005年、2010年開采，至今已將結束；其北部和西部臨近城區解放煤礦和新榮區上深澗煤礦，兩座煤礦均于2009年資源整合關閉，后被中煤整合重組，退出關閉，整合前兩煤礦襲奪資源，均越層越界該礦11#煤層。據訪查圖紙資料顯示，上深澗礦有兩條盤區巷伸進該礦并穿過郭家坡村保護煤柱，直插該礦311盤區，具體破壞程度不詳，存在安全隱患并嚴重影響著該礦的311盤區工作面銜接接替。同時，根據兩礦提供的原始地質資料和年產量與開采年限推算，兩礦破壞造成的呆滯煤量估算如下：解放煤礦預計3.0 Mt，上深澗煤礦預計2.0 Mt，具有可觀的回收價值。

3 綜合地質勘探方法的應用

礦產開采離不開地質勘探，各類勘探方法功能不同，其應用范圍也存在一定的局限性，單一的勘探技術無法獲得全面的地質信息，只有將各項勘探手段有機結合，從立體交叉上對目標進行全面覆蓋，才能提供科學可靠的地質信息，圖1為全覆蓋立體式綜合探查技術流程圖。

3.1 點狀層間垂向勘探

基于小窯關閉后采掘范圍初步控制，為11#煤層開拓提供了小窯較為準確的采掘現狀，在利用現有訪查圖紙資料，充分考慮小窯開采方法、布置方式、房柱跨度等因素后，在8#層掘進時對應下伏11#煤層進行了點狀層間補充勘探。，在2005～2008年期間共施工了地質鉆孔78個，共發現兩處為11-2#煤層探空區域，后在探空區域進行加密搜索探鉆，補充了20個，其中17個均為11-2#煤層探空，經分析初步確定北部距311巷600m以外為小窯采空區，90～110 m范圍為兩小窯盤區巷，為后期開拓部署、工作面設計提供了依據。

3.2 線狀超前多角度鉆探

在初步確定小窯范圍的基礎上，我礦在311西部上述兩層煤共設計了六個工作面，由于近距離煤層，層間距0.2～3.0m，先掘進11-1#煤層工作面，掘進時在同層有掘必探的基礎上，增加向下伏11-2#煤層進行超前探鉆，同時采取多方位、多角度、對拉式探鉆，探鉆孔數1100個，鉆探進尺50000 m。在11-1#煤層81123工作面探測中發現90～450m下伏11-2#煤層兩條小窯空巷和一個小型采空區與東西向盤區相連；在51121對小窯盤區巷施工了同層探放，放水量3500m3，消除了81123工作面水患；在51125掘進通過側向下伏探測，發現距巷西部3～8 m下伏11-2#煤層存在小窯破壞區，215～230 m兩條盤區巷道末端伸進51125巷1m。311西部多角度鉆孔施工成果及小窯推測現狀見下頁圖2。

3.3 面狀井上下物探

地表物探：由于小窯破壞情況的復雜性和不確定性，遵循“物探先行、鉆探驗證”的綜合探測手段，云崗礦在2014年與中國煤炭總局合作，在地表采用先進的瞬變電磁法對311盤區西部7#、8#、11-1#、11-2#煤層進行了面狀物探，通過對采集數據和平面切圖綜合分析，由于小窯破壞區、采空區煤巖層原始應力平衡遭破壞，頂板巖層斷裂、破碎、沉陷、冒落程度不同，電阻率變化范圍較大，且呈次高阻反映，采空區強充水區呈高阻反映，與正常煤巖層間存在著明顯的電磁差異。本次物探發現1個8#煤層采空區、1個8#煤層采空積水區、2個11#煤層采空區，為云崗礦下一步超前鉆探和采空積水探放起到了指導性作用，然后對應物探采空區區域向8#層施工了4個探放水孔，通孔無水，消除了水患。

井下物探：考慮到81123工作面90～110m揭露兩條小窯盤區巷并與順槽巷道垂直，向北可能存在延伸，采用了TEMJF50礦用隔爆兼本安型瞬變電磁儀，在51123巷西幫進行了側向下伏物探，結果發現90～450 m范圍存在低阻異常區，后經過81123工作面順槽對拉式探鉆得到了證實。圖3為瞬變電磁儀測得的井下物探圖。

通過在小窯邊區采取水文地質資料分析、小窯訪查資料分析、點狀層間垂向勘探、線狀超前多角度鉆探、面狀井上下物探，使巷道安全通過小窯空巷、避開大型采空區，順利圈出工作面。然后，礦召開會議，制定專項過巷和通風措施，通過調整采煤工藝、變更支護方式、巷道空區充填、構筑通風設施等舉措，成功開采了11-1#煤層81121、81123、81125工作面（目前距停采線90m）和11-2#煤層81121工作面，回收煤炭資源1.2 Mt。

4 創新點及社會經濟、效益

圖2 311西部多角度鉆孔施工成果及小窯推測現狀

圖3 51123巷道西幫井下物探成果

該項技術通過在小窯邊區水文地質條件、充水因素、破壞現狀調查分析，然后按照“層間垂向勘探”—“地表瞬變物探”—“超前鉆探”驗證—“井下超前物探”—順槽對拉式鉆探驗證—施工井下放水孔的綜合探查程序，采取“點、線、面”有機結合的全覆蓋立體式網絡綜合探查技術，使工作面在開拓期間避開大型采空區、安全通過小窯空巷，順利圈出工作面，為近距離煤層小窯區呆滯煤量的資源回收，提供了地質保障和技術支持。

4.1 社會效益

（1）針對“跑馬圈地”資源襲奪型的關閉小窯，應用全覆蓋立體式網絡綜合探查技術，更能精準控制關閉前的采掘現狀、破壞程度、積水積氣情況，為小窯區資源二次回收、開拓合理部署提供可靠的資料和技術決策。

（2）“點、線、面”有機結合的全覆蓋立體式網絡綜合探查技術，其覆蓋面廣、采空區分辨率高、探測富有針對性、盲區小、施工工序簡化、探鉆工程量小。

（3）通過該技術探查后，能夠提前制定專項過巷和通風措施，調整采煤工藝、變更支護方式、進行巷道空區充填、構筑通風設施等工作，為下一步安全生產奠定了基礎。

4.2 經濟效益

（1）該技術應用后，延長了礦井服務年限，已復采了小窯區呆滯煤炭資源量1.2 Mt，按目前煤炭價格650元/噸，利潤300元/噸，可創造純利潤3.6億元。

（2）采用該綜合探查技術后，使鉆探和探放水工作“有的放矢”，可減少鉆孔數300個，鉆探進尺16000m，節約資金160萬元。

（3）該技術的應用，重點體現在保證了安全生產，其帶來的安全經濟效益無法計算。

5 結語

云岡礦全覆蓋立體式網絡綜合探查技術，使鉆探和探放水工作做到“有的放矢”，縮小盲區，簡化工序、減少鉆探工程量，且對資源襲奪型小窯區呆滯煤量賦存狀況控制準確、空區分辨率強、安全系數高，為礦井資源回收，可持續發展奠定了基礎。通過在云岡礦311盤區西部三個工作面試驗成功，證明了全覆蓋立體式網絡綜合探查技術在小窯區開拓呆滯煤量技術是先進、安全、科學、可行的，對類似條件下云岡礦410盤區西部小窯邊區安全生產有一定的借鑒、應用價值；同時該技術在煤礦周邊小窯破壞嚴重、水文條件復雜，煤炭資源枯竭型的礦井邊角煤二次復采有很大的應用空間，值得煤礦系統在資源回收工作中借鑒和推廣。