礦井深部復雜含煤區域斷層探測實踐

鞏 起 立

（鶴壁煤電股份有限公司第九煤礦，河南 鶴壁458000）

0 引 言

礦井深部斷層的準確探測不僅可以有效防治礦井采掘活動中水害事故的發生[1-3]，還能確保煤層的安全開采并促進煤炭資源合理開發利用[4]，因此礦井深部斷層探測一直是學界的研究熱點之一。安鶴煤田3206工作面底抽巷已形成，根據已有資料F150斷層落差80～100m，而在此兩者之間距底抽巷約30m 處可能存在落差達到40m 左右的推測斷層，上述兩條斷層在工作面區域的存在與否、產狀發育情況及其形成的特殊水文地質條件，可能對工作面的后續生產產生嚴重的制約作用。因此，需要對該兩條斷層在工作面附近區域的空間發育形態及相應水文地質條件進行探查。

1 井田構造特征

1.1 斷層發育特征

安鶴煤田位于華北板塊（內）南部，夾持于湯東斷裂與林縣斷層之間，屬于太行構造亞區之太行斷隆，受湯東斷裂直接控制。研究區斷層總體上為北東走向的正斷層，向南東傾斜，近似平行排列，有少量東西向斷層（見圖1）。局部斷層非常發育，在剖面上互相切割，常出現階梯狀，成錯綜復雜的構造形態，對煤層破壞較大。區內落差大（等）于10m 斷層33 條，其中落差大于100m 的7 條、50～100m 的3 條、10～50m 的23 條。此處重點介紹與探測區可能相關的斷層F153、F150及F150-1。

圖1 斷層發育特征圖

1）F153斷層：位于井田中部，南起井田淺部一煤煤層露頭，向北東橫穿礦區，為區域性正斷層，在井田內延伸3500m，走向NNE，傾向SEE，傾角78°，落差110～450m。

2）F150斷層：位于井田北部，F153之東側，為F153斷層的分支，正斷層，伸展長度為1.80km。走向NNE-NE，傾向75°～123°，傾角70°，落差由北向南逐漸變大，為40～200m。

3）F150-1斷層：位于井田北部，F153與F150之間，為F150的分支。正斷層，走向NNE，延伸長度為900m，傾向SEE，傾角75°；北端起于F150斷層，南端尖滅，落差0～40m。

1.2 構造充水特征

本區主要可采煤層二1 煤層即可同太原組L8 灰巖相對接，已發現有以下充水構造：

1）F153斷層：為勘查區西部邊界斷層，走向NNE，落差110～450m，斷層具有一定的張性特征。二1 煤層與奧陶系灰巖含水層直接對接。根據鉆孔對斷層帶的抽水結果，其單位涌水量0.0012～0.0215L/s.m，富水性較強，具有導水性質，奧陶系灰巖含水層極易通過斷層破碎帶向井田內充水，成為本區主要的充水水源。

2）F150斷層：走向NNW，落差80～100m，局部二1煤層與太原組上段灰巖含水層直接對接。910-17 鉆孔在鉆進過程中遇斷層出現微弱漏水，斷層具有一定的富水性。

3）F150-1斷層：落差0～40m，為壓扭性正斷層，中間落差最大，致使二1 煤層與太原組上段L8灰巖含水層直接對接，開采至該斷層附近時應引起重視。

2 礦井深部F150 斷層探測

基于現有技術手段，為探清礦井深部F150斷層的分布狀態及其導水特征，現采取物探與鉆探相結合的研究思路進行分析，首先采用礦井震波超前探測技術和礦井瞬變電磁探測技術對該斷層進行超前探測，然后基于物探勘查成果針對性的布設鉆孔開展驗證工作。

2.1 礦井震波超前探測

2.1.1 測線布置與數據采集

本次礦井MSP 探測采用KDZ1114-6B30 型號的超前探測儀，采用外置檢波器、單檢后置的工作方式。工作地點位于北翼邊界回風巷2#鉆場，現場施工時C1（檢波器）布置在巷道右幫，共錘擊21 錘（次），P1～P17 布置在右幫敲擊，錘擊點間距約為0.2m，P18～P21 在迎頭敲擊，C1 距迎頭6.8m。

圖2 2#鉆場迎頭MSP 超前探測測線布置示意圖

2.1.2 數據處理

數據處理時統一以1#檢波點為相對零點，巷道前方為X 正方向，Z 正方向指向左幫，Y 方向指向頂板建立坐標系，分別來確定錘擊點、檢波點坐標。將現場采集到的物探數據經過處理轉化為可利用的物性圖件，MSP 震波探測數據在MSP2.0 軟件平臺上進行，其處理流程為：數據預處理—頻譜分析—直達波求取—反射波提取—速度分析—深度偏移—界面提取。根據速度譜特性曲線和現場巖性情況，結合其他單位以往施工過的探測數據及驗證結果，本次MSP探測取綜合速度為2.5m/ms 進行偏移處理速度，最終得到深度偏移剖面（圖3）。

圖3 MSP 深度偏移剖面

2.1.3 成果解釋

從MSP 法深度偏移剖面（圖3）中可以看出，在迎頭前方不存在反射異常界面，初步分析測試點正前方80m 范圍不存在大的地質構造。

2.2 礦井瞬變電磁探測

2.2.1 工作布置

本次探測采用YCS512 礦用本安型探水儀在北翼邊界回風巷2 號鉆場和4 號鉆場開展工作。超前探測時以迎頭正前方為零度方向，分為左60°、左30°、正前0°、右30°、右60°五個方位角。在垂直方向上進行頂板斜上45°、0°（水平）、底板斜下45°三個傾角的探測。在2 號鉆場及4 號鉆場各布置5 個測點，數據量共計30 組。

2.2.2 探測成果

本次應用礦井瞬變電磁法在2 號鉆場和4 號鉆場的探測成果見圖4。本次工作圈定了1 個相對低阻異常區（1#異常區），位于4 號鉆場的正前探測方向，探測深度10～20m。

圖4 北翼邊界回風巷2 號、4 號鉆場探測斷面圖

2.2.3 成果解釋

從北翼邊界回風巷2 號、4 號鉆場探測斷面圖分析，北翼邊界回風巷2 號和4 號鉆場超前探測范圍內視電阻率值分布均勻穩定且電阻率值普遍偏高，因此認為探測區域內富水性較弱。4 號鉆場正前探測方向的1#相對低阻異常，范圍較小，距鉆場較近，不排除鉆場積水引起的異常。

2.3 物探探測結論

根據礦井震波超前探測成果及礦井瞬變電磁探測成果來看，在3206 工作面里段底抽巷外側80m 范圍內未發現構造及水文異常反應，即在礦井深部3206 工作面里段底抽巷外側80m 范圍內無斷層分布。

3 鉆探驗證

3.1 鉆探布設

為驗證物探探測成果、準確確定3206 工作面向外85m 安全煤柱范圍內是否存在斷層，在3206 工作面底抽巷最里端布設扇形孔。自里向外分A、B、C 三個方位進行。A 方位325°，B 方位295°，C 方位263°，各設計鉆孔2 個，總計6 個鉆孔。所有鉆孔均為仰角，設計總進尺551m。

3.2 鉆探結果分析

鉆探實際施工615m，根據鉆孔揭露情況認為：

1）在3206 下順槽里端向外85m 范圍內，根據鉆探鉆進中已揭露的無破碎、無出水的情況看，所探范圍內不存在斷裂。

2）所探范圍未揭露較大的或暢通性較好的開放性裂隙，且所有鉆孔均沒有出水現象，加之高壓下也未能進行有效注漿施工，表明所探范圍不存在與強含水層貫通的導水裂隙，由此推斷工作面對應范圍不存在來源于外側水平以上方向的水害隱患。

4 結 論

結合井田斷層發育特點及構造充水特征，通過在北翼邊界回風巷開展礦井震波超前探測及礦井瞬變電磁探測，并基于其探測成果，針對性的開展了鉆探驗證工作。主要結論有：①在3206 下順槽里端向外85m 范圍內不存在斷裂；②所探范圍不存在與強含水層貫通的導水裂隙，由此推斷工作面對應范圍不存在來源于外側水平以上方向的水害隱患；③礦井深部復雜含煤區域的斷裂探測可聯合采用震波超前探測、礦井瞬變電磁探測兩種方法，其探測結果具有可靠性，可為其他礦井深部斷裂探測提供借鑒。