利用礦井鉆探數(shù)據(jù)分析斷層的幾種方法探析

常藍天

（山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司五陽煤礦，山西 襄垣 046200）

1 根據(jù)地質(zhì)鉆孔成果分析斷層參數(shù)的原則

斷層的存在直接導(dǎo)致巖層或巖體順破裂面發(fā)生明顯位移，尋找地層中廣泛存在的標志層是判斷斷層存在及斷層參數(shù)最有效的辦法。煤層屬于煤礦井下生產(chǎn)中十分重要的標志層，故尋找煤層發(fā)生位移的位置及位移距離十分重要。

2 分析方法

2.1 通過煤(巖)層斷裂面分析斷層賦存

巷道掘進前方?jīng)]有斷層情況下，煤巷施工地質(zhì)鉆孔見巖位置即煤層頂（底）板或煤層中部夾矸位置。利用地質(zhì)鉆孔探測的煤層頂（底）板位置連線可以判斷煤層頂?shù)装迤露茸兓闆r；若出現(xiàn)鉆探顯示的煤層頂（底）板位置連線明顯異常，即可判定斷層的存在。

案例1：斷層走向與巷道掘進方向夾角較大

已知巷道由西向東沿煤層頂板掘進，矩形斷面，巷高3.5 m，巷寬5.0 m，掘進區(qū)域煤厚6.0 m，無厚層夾矸，煤層自然坡度0°左右，地質(zhì)鉆孔施工過程中出現(xiàn)異常見巖情況。鉆孔施工情況見表1。

1-1#、1-2#鉆孔見巖位置明顯異常，鉆孔見巖后仍施工10 m，排除見巖位置為矸石情況，鉆孔見巖位置距離近似，但兩鉆孔見巖位置垂距僅2 m，與巷道掘進區(qū)域煤層厚度差異較大。判斷該處存在地質(zhì)異常。經(jīng)補充施工1-3#、1-4#孔，明顯看出煤層斷開且掘進前方煤層位于正常煤層上方。經(jīng)繪制鉆孔剖面分析（見圖1），判斷掘進前方煤層厚度、煤層自然傾角均未出現(xiàn)明顯變化，掘進前方26 m左右揭露煤層上升，落差11 m的正斷層。

經(jīng)再次補充施工N60°E方位的2-1#、2-2#鉆孔，經(jīng)繪制鉆孔剖面分析（見圖2），判斷N60°E方位鉆探位置向前26 m左右煤層上升，落差11 m的正斷層。

將兩組鉆孔剖面圖進行分析，判斷的斷層位置繪制平面（見圖3），即可判斷斷層走向。

圖1 E方向（第一組鉆孔方向）剖面

圖2 E方向（第二組鉆孔方向）剖面

案例2：斷層走向與巷道掘進走向夾角較小

已知巷道由西向東沿煤層頂板掘進，矩形斷面，巷高3.5 m，巷寬5.0 m，掘進區(qū)域煤厚6.0 m，無厚層夾矸，煤層自然坡度0°左右。鉆孔施工情況見表2。

表2 鉆孔施工情況

經(jīng)施工1-1#、1-2#、1-3#、1-4#地質(zhì)鉆孔繪制鉆孔剖面分析（見圖4），巷道北側(cè)28 m左右存在煤層上升，落差11 m的正斷層。

隨巷道掘進，后續(xù)分別間隔20 m補充施工2-1#、2-2#、3-1#、3-2#、4-1#、4-2#鉆孔，繪制鉆孔剖面（見圖5），分析巷道北側(cè)正斷層逐漸向巷道偏移，將4組鉆孔剖面圖分析判斷的斷層位置繪制平面（見圖6），即可判斷斷層走向。

圖3 巷道平面

圖4 N方向（第一組鉆孔方向）剖面

圖5 N方向（第二組鉆孔方向）剖面

圖6 巷道平面

案例3：斷層走向與巷道掘進走向近似且與巷道距離極近

已知巷道由西向東沿煤層頂板掘進，矩形斷面，巷高3.5 m，巷寬5.0 m，掘進區(qū)域煤厚6.0 m，無厚層夾矸，煤層自然坡度0°左右。巷道掘進探煤厚作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)煤層厚度變化，在探煤孔顯示的煤層厚度異常變化區(qū)域補充施工地質(zhì)鉆孔。鉆孔施工情況見表3。

表3 鉆孔施工情況

經(jīng)施工1#、2#、3#、4#、5#地質(zhì)鉆孔繪制巷道斷面分析（見圖7），巷道掘進區(qū)域煤層上升，落差1.7 m的正斷層。

隨巷道掘進，分別間隔10 m，在巷道左、右側(cè)垂直巷道底板補充施工探煤孔，巷道左側(cè)探煤孔1#、2#、9#、10#鉆孔均為2.5 m見巖，3#、4#、5#、6#、7#、8#鉆孔均為0.8 m見巖，巷道右側(cè)探煤孔均為2.5 m見巖，巷道掘進過程中頂板完好連續(xù)，繪制鉆孔剖面（見圖8），分析巷道北側(cè)煤層上升的正斷層在2#、3#鉆孔間偏移至巷道內(nèi)部，后在8#、9#鉆孔間偏移至巷道北側(cè)，最終得出結(jié)論，斷層賦存情況見圖10。巷道北側(cè)煤層上升，落差1.7 m的正斷層，且該斷層走向與巷道掘進方向基本一致。

圖7 巷道B位置斷面

圖8 A-A 、剖面

圖9 巷道平面

2.2 通過模擬，推演巷道掘進前方斷層運移情況，分析斷層賦存

斷層走向與巷道掘進走向近似，斷層在巷道掘進迎頭已揭露，且僅利用鉆探數(shù)據(jù)繪制剖面圖、平面圖無法準確分析斷層賦存情況。這種情況下，利用掘進巷道前方判斷斷層在巷道中延伸距離對生產(chǎn)有很好的作用。

案例：已知巷道由東向西掘進，矩形斷面，巷高3.5 m，巷寬5.0 m，掘進區(qū)域煤厚6.0 m，無厚層夾矸，煤層自然坡度0°左右，已知巷道掘進區(qū)域存在巷道南側(cè)煤層上升，斷層與巷道掘進走向近似，且掘進過程中已持續(xù)過斷層40余米。為查明斷層在掘進前方具體偏移情況，補充施工地質(zhì)鉆孔，鉆孔情況見表4。

表4 鉆孔施工情況

1-1#、2-1#兩鉆孔34.3 m見巖位置，均為巷道頂板且為斷層同一盤，巷道掘進前方煤層自然坡度仍為0°。其它鉆孔數(shù)據(jù)差異明顯，若依靠繪制鉆孔剖面圖辦法分析斷層走向運移情況，難度較大。

圖10 巷道平面

圖10中將鉆探位置、掘進前方2 m、掘進前方11 m、掘進前方22 m、掘進前方34.3 m位置分別定為A、B、C、D、E五個位置，分別分析鉆孔鉆探至A、B、C、D、E五個位置時鉆孔位置變化，見表5。

表5 鉆孔施工情況

根據(jù)掘進前方鉆孔位置變化情況，繪制巷道在A、B、C、D、E五個位置的鉆孔位置圖。

由于巷道掘進前方煤層自然坡度0°左右，可采用平移鉆孔位置斷層及煤巖分界情況至巷道各位置斷面中，使得斷層運移符合鉆孔煤巖變化，最終形成巷道掘進前方2 m、11 m、22 m、34.3 m位置巷道的真實斷面（見圖11），直觀明確巷道掘進前方斷層運移情況。

圖11 巷道A、B、C、D、E位置的真實斷面

本案例中采用的煤層自然坡度0°，具有特殊性，但根據(jù)生產(chǎn)中遇到的煤層自然坡度計算，各鉆孔在該自然坡度下鉆探至掘進前方的不同位置的鉆孔位置，并通過模擬推演巷道掘進前方斷層運移情況，分析斷層賦存十分可行。

3 根據(jù)鉆探結(jié)果分析斷層的局限性

井下施工斷層探測鉆孔過程中，由于施工人員不標準操作、鉆探設(shè)備精度、鉆孔記錄人員判斷煤巖分界滯后，以及其它干擾等因素影響，經(jīng)常出現(xiàn)鉆探數(shù)據(jù)不精確的情況，而利用不精確的鉆探數(shù)據(jù)分析斷層，必然無法準確判定斷層參數(shù)。同時煤炭的賦存（煤層厚度、煤層自然坡度）并不完全具有均一性，沿不同方向的煤層自然坡度并非一致，已知沿巷道掘進方向煤層自然坡度并不能反映其他方位煤層自然坡度，同時根據(jù)現(xiàn)已掘進巷道顯示的煤層自然坡度也并不能決定掘進前方煤層的自然坡度。

4 結(jié)語

通過上述幾種分析辦法，絕大多數(shù)情況下，分析處理井下鉆探數(shù)據(jù)得出準確結(jié)論，有效地指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)，對井下煤礦開采生產(chǎn)方案設(shè)計、生產(chǎn)計劃調(diào)整、預(yù)防斷層誘發(fā)的其他危險因素處理措施制定提供了可靠資料。雖然利用鉆探結(jié)果分析斷層存在各種局限因素，但利用定向鉆孔施工、鉆孔軌跡儀、鉆孔成像儀等技術(shù)手段，可以有效消除誤差。