綜合物探結(jié)合長距離鉆孔控制隱伏構(gòu)造

（山西焦煤集團有限責(zé)任公司屯蘭礦，山西 古交 030206）

1 礦井概況

屯蘭煤礦位于山西省古交市西南。礦井采用“兩斜一立”綜合開拓方式，設(shè)計+750m、+650 m兩個水平，現(xiàn)生產(chǎn)水平為+750 m水平，傾斜長壁后退式綜合機械化采煤，頂板管理采用一次采全高全部垮落法。主采石炭系上統(tǒng)太原組8號煤和二疊系下統(tǒng)山西組2.3號煤。井田位于太原西山煤田的西北部、馬蘭向斜的東翼，地層傾向南南西，傾角2°～15°[1]。井田呈一走向北北東～北北西傾向南西～南東的波浪狀單斜構(gòu)造，有少量寬緩褶皺，但次一級小型波狀褶曲發(fā)育；斷層條密度為8.50條/km2，斷層有明顯的規(guī)律性，即垂直走向成組出現(xiàn)，多呈地壘或階梯狀排列，每組有斷距10 m以上斷層4～6條，常伴生許多成束出現(xiàn)的小斷層，走向為北東方向，組距2500～3000m，斷層斷距一般北東方向大，向南西變小形式。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度為中等[2]。

2 超前控制隱伏構(gòu)造的必要性

屯蘭礦服務(wù)盤區(qū)采掘生產(chǎn)過程中常常受隱伏構(gòu)造影響，導(dǎo)致發(fā)生采掘銜接更改，丟失資源，增加采掘成本，損壞設(shè)備等一系列問題。且屯蘭礦為“煤與瓦斯突出礦井”，而構(gòu)造區(qū)域往往是瓦斯富集區(qū)域，不加以防范很容易造成煤與瓦斯突出。傳統(tǒng)鉆探技術(shù)存在鉆探距離短、精度低、極易造成探測盲區(qū)等[6]；地質(zhì)雷達雖精度高，但探測距離短[8]，很難達到現(xiàn)生產(chǎn)要求。因此如何能“長距離超前控制隱伏構(gòu)造”是當(dāng)前礦井地質(zhì)工作迫在眉睫的大事，更是困擾地質(zhì)技術(shù)人員的難題。

3 綜合物探和長距離瓦斯預(yù)抽孔的基本內(nèi)容

現(xiàn)階段煤礦地質(zhì)探測主線為“鉆探+物探”，對采掘空白區(qū)的探測，遵循“物探先行，鉆探驗證”的原則，我國神東煤礦采用長距離定向鉆探技術(shù)，探測煤層沖刷帶、煤層厚度及探放水[5]，應(yīng)用效果較好[6]?；c這種思路，鑒于屯蘭礦煤層瓦斯含量高，采用長距離鉆孔預(yù)抽消突，故嘗試?yán)瞄L距離抽采定向鉆孔兼探測煤巖賦存；同時，利用瞬變電磁法探測距離遠，敏感性高[3]的特點，采用瞬變電磁法分段超前探測煤層內(nèi)高阻異常區(qū)域，并結(jié)合地面三維地震探測，綜合驗證控制空白區(qū)的隱伏構(gòu)造，有針對性地做好礦井地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作，準(zhǔn)確指導(dǎo)礦井生產(chǎn)。

4 綜合探測方法—以12509掘進工作面為例

4.1 12509工作面簡況

12509工作面沿2號煤掘進，走向1635m，傾斜長228m，2號煤厚度穩(wěn)定，最大厚度3.16m，最小厚度2.62m，平均厚度2.89m，可采儲量1.54 Mt。該工作面整體呈向斜，西翼煤層呈3°下山，東翼呈8°上山，兩順槽前進950 m左右將進入東大嶺向斜軸部。軸部附近屬應(yīng)力集中區(qū)域，可能出現(xiàn)煤層松軟、裂隙增多、構(gòu)造發(fā)育、瓦斯增大等情況。

4.2 長距離瓦斯鉆孔探測煤層賦存

（1）屯蘭礦為煤與瓦斯突出礦井，采掘工作面施工前需按規(guī)定對煤層瓦斯預(yù)抽，達標(biāo)后才能進行采掘作業(yè)，故要施工一系列的長距離鉆孔預(yù)抽[7]。在服務(wù)預(yù)抽瓦斯的前提下，鉆孔兼顧對巷道及兩側(cè)煤層全探測，達到掘進巷道無空白，消滅死角。

（2）利用鉆孔軌跡精確定位的功能，結(jié)合周圍煤田及藍焰煤層氣鉆孔，核對煤層標(biāo)高，從而確定“異常區(qū)域”并結(jié)合相鄰巷道情況和上覆煤層賦存情況，綜合預(yù)測煤層的賦存狀態(tài)，進一步確定隱伏地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)。

①根據(jù)鉆進資料，導(dǎo)出鉆進點坐標(biāo)、標(biāo)高、長度、傾角等相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 鉆孔相關(guān)數(shù)據(jù)

②應(yīng)用有關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合周圍鉆孔資料，生成單孔剖面，從而確定煤層賦存位置見圖1。

圖1 單孔剖面

③依據(jù)上述資料，與相鄰巷道揭露資料對比，初步確定煤層賦存異常區(qū)域內(nèi)隱伏構(gòu)造見圖2。

圖2 長距離鉆孔初步成果

4.3 物探方法及步驟

（1）施工前整理相鄰工作面正常煤層阻值，進行超前瞬變電法探測，及時核對正常阻值范圍。

結(jié)合相鄰12501、12503、12505和12507工作面以往探測資料，測得12509工作面區(qū)域順煤層正常視電阻率值為10～260 Ω·m，斜向下45°底板正常視電阻率值為5～250 Ω·m，見圖3。

圖3 正常阻值

（2）12509皮帶順槽掘進過程中，對長距離預(yù)抽鉆孔標(biāo)定的異常區(qū)，重點進行瞬變電磁法探測，綜合分析地質(zhì)構(gòu)造異常范圍，根據(jù)煤層標(biāo)高，確定該區(qū)域是斷層或陷落柱，以及落差和長短軸情況。

①巷道施工至長距離鉆孔標(biāo)定的異常區(qū)前30～60m，進行瞬變電法探測，圈定物探高阻異常區(qū)[3]見圖4。

圖4 區(qū)域阻值

②對比前期地震MSP超前探測，據(jù)對南五盤區(qū)探勘資料三分量分析的資料[4]，解釋前方存在一條1～3 m正斷層見圖5。

圖5 三維地震探測

4.4 綜合物探和長距離鉆孔探測成果

（1）綜合物探成果確定向前40～55 m存在異常區(qū)，結(jié)合前期長距離鉆孔軌跡劃定區(qū)域分析，預(yù)測12509皮帶順槽在31號測點向前121～136 mm范圍內(nèi)存在一條落差大約1.7～2.0m的正斷層見圖6。

圖6 地質(zhì)預(yù)報預(yù)測

（2）12509皮帶順槽掘進過程中在31號測點前121 m揭露H=1.9 m∠50°正斷層，與預(yù)測情況相符。

屯蘭礦2019年掘進進尺14000m，施工過程中揭露53條斷層，通過應(yīng)用該方法，準(zhǔn)確預(yù)報43條，準(zhǔn)確預(yù)報率81%見表2。

表2 屯蘭礦2019年揭露斷層情況

5 結(jié)語

西山煤田的地質(zhì)構(gòu)造屬新華夏系次一級多字型構(gòu)造盆地的一部分，受燕山一二期運動影響，形成數(shù)組大型封閉型構(gòu)造，導(dǎo)致西山各礦井瓦斯含量高，而揭露構(gòu)造導(dǎo)致出現(xiàn)瓦斯等問題，一直是困擾西山各礦井采掘活動的難題。屯蘭礦2019年通過綜合物探結(jié)合長距離鉆孔對隱伏構(gòu)造的控制，使誤揭構(gòu)造的困擾有了新的突破，并使構(gòu)造帶附近瓦斯的異常涌出得到了控制，減少了礦井瓦斯超限，有效地為生產(chǎn)保駕護航，可在高瓦斯以及構(gòu)造復(fù)雜的礦井推廣應(yīng)用。