千米定向鉆機(jī)在探測(cè)大范圍物探異常區(qū)中的應(yīng)用分析

田淵輝

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033602）

山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦15采區(qū)北部采掘破壞物探異常區(qū)南北長約1 km，東西寬約500 m，北側(cè)為礦井北邊界，界外有神達(dá)晉保煤業(yè)有限公司（原扒樓溝煤礦，開采8號(hào)、13號(hào)煤層），疑似部分采空區(qū)進(jìn)入我礦北部礦界內(nèi)；東側(cè)為礦井東邊界北段；南側(cè)為實(shí)煤區(qū)；西側(cè)為18505回采工作面，已回采150 m。為15采區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供精度較高的地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，提前探測(cè)查明異常區(qū)采空破壞范圍和積水情況，距離18505材料巷采界位置740 m處施工鉆場，引進(jìn)千米定向鉆機(jī)對(duì)這片大范圍物探異常區(qū)進(jìn)一步探測(cè)以查明圈定準(zhǔn)確的破壞積水邊界。

1 斜溝煤礦15采區(qū)北部物探異常區(qū)水文地質(zhì)條件

中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院采用太原理工大學(xué)自行研發(fā)的TYHC-1活性炭測(cè)氡儀和加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀對(duì)15采區(qū)北部進(jìn)行了活性性炭測(cè)氡和地面瞬變電磁探測(cè)，綜合已知資料、中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探院對(duì)瞬變電磁和測(cè)氡成果進(jìn)行了綜合分析，推斷出了勘探區(qū)內(nèi)6號(hào)煤層采空積水區(qū)域在區(qū)內(nèi)北部和東部地區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)推斷出3處積水相對(duì)嚴(yán)重區(qū)域；8號(hào)煤層采空積水區(qū)域在區(qū)內(nèi)東北部和東部地區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)推斷出1處積水相對(duì)嚴(yán)重區(qū)域并在勘探區(qū)中部圈出1處積水區(qū)域，根據(jù)物探報(bào)告劃定了采掘破壞區(qū)域水文三線；13號(hào)煤層根據(jù)已知資料沒有采空區(qū)，在區(qū)內(nèi)北部、中部和東部地區(qū)圈出4處富水區(qū)域。礦區(qū)奧灰水位標(biāo)高850～854 m，異常區(qū)標(biāo)高大于950 m不帶壓；異常區(qū)蓋山厚度薄，煤系地層距離露頭較近，碎屑巖含水巖組易接受大氣降水及地表水補(bǔ)給，整體富水性雖弱但局部節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)富水性較好。

2 物探異常區(qū)探測(cè)鉆孔施工情況

2.1 1號(hào)探測(cè)鉆孔施工探測(cè)情況

1號(hào)探測(cè)鉆孔開孔方位65°，開孔傾角9°，累計(jì)鉆探進(jìn)尺1 629 m。1號(hào)主孔施工孔深648 m，為了探測(cè)煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進(jìn)，累計(jì)開設(shè)分支5次，未探測(cè)到采空及積水，開孔位于警戒線外25 m，鉆孔穿過警戒線和探水線，終孔位于積水線外5 m，距南側(cè)煤層風(fēng)氧化帶約45 m，較開孔處標(biāo)高差+106 m。1-1號(hào)分支施工孔深822 m，鉆孔均在煤層中鉆進(jìn)，未探測(cè)到采空及積水，鉆孔穿過警戒線、探水線、積水線后沿正北方向鉆進(jìn)，終孔進(jìn)入積水線內(nèi)552 m，距離西側(cè)18505材料巷約176 m，較開孔處標(biāo)高差+63 m。

2.2 2號(hào)探測(cè)鉆孔施工探測(cè)情況

2號(hào)探測(cè)鉆孔開孔方位41.5°，開孔傾角7.6°，累計(jì)鉆探進(jìn)尺4 485 m。2號(hào)主孔施工孔深843 m，為了探測(cè)煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進(jìn)，累計(jì)開設(shè)分支2次，未探測(cè)到采空及積水，開孔位于警戒線外25 m，鉆孔穿過警戒線、探水線、積水線后沿正北方向鉆進(jìn)，終孔進(jìn)入積水線內(nèi)602 m，距離西側(cè)18505材料巷約100 m，距離東側(cè)1-1號(hào)分支約76 m左右，較1-1號(hào)分支終孔點(diǎn)北68 m，較開孔處標(biāo)高差+51 m。2-1號(hào)分支施工孔深897 m，鉆孔均在煤層中鉆進(jìn)，未探測(cè)到采空及積水，鉆孔均在積水線內(nèi)自405 m開分支沿北東方向呈弧形鉆進(jìn)，立體交叉穿過1-1號(hào)分支，終孔距離積水線505 m，距離18505材料巷約395 m，較開孔處標(biāo)高差+100 m。2-2號(hào)分支施工孔深900 m，鉆孔均在煤層中鉆進(jìn)，未探測(cè)到采空及積水，鉆孔均在積水線內(nèi)自306 m開分支沿北東方向呈弧形鉆進(jìn)，立體交叉穿過1-1號(hào)分支，終孔距離積水線402 m，距離18505材料巷約520 m，較開孔處標(biāo)高差+110 m。2-3號(hào)分支施工孔深684 m，為了探測(cè)煤層中是否存在采空，累計(jì)開設(shè)分支2次，鉆孔孔深651 m內(nèi)保持在煤層中鉆進(jìn)，未探測(cè)到采空及積水，鉆孔均在積水線內(nèi)自213 m開分支沿北東方向呈弧形鉆進(jìn)，立體交叉穿過1-1號(hào)分支，孔深651～672 m處鉆孔傾角為7°至8.6°，遇軟泥區(qū)（長達(dá)21 m），630 m處開分支（第3次）進(jìn)行驗(yàn)證，施工至642～684 m處鉆孔傾角為2°至-1°，遇軟泥區(qū)（長達(dá)42 m）。終孔距離積水線275 m，距離18505材料巷約406 m，較開孔處標(biāo)高差+7 m。2-4號(hào)分支施工孔深804 m，為了探測(cè)煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進(jìn)，累計(jì)開設(shè)分支8次，未探測(cè)到采空及積水，鉆孔大致沿北東50°方向呈直線穿過警戒線、探水線、積水線鉆進(jìn)，終孔進(jìn)入積水線內(nèi)516 m，終孔臨近礦井北部東側(cè)礦界保安煤柱線，距離西側(cè)18505材料巷623 m，距離南側(cè)1號(hào)主孔終孔位置約266 m左右，較開孔處標(biāo)高差+129 m。2-5號(hào)分支施工孔深801 m，為了探測(cè)煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進(jìn)，累計(jì)開設(shè)分支2次，未探測(cè)到采空及積水，鉆孔自2-4號(hào)分支399 m處開始轉(zhuǎn)彎朝著目標(biāo)正北方向呈弧形鉆進(jìn)，鉆孔均在積水線內(nèi)，729～741 m段為巖，未探測(cè)到煤層，鉆孔距離西側(cè)18505材料巷411 m，距離礦井北部東側(cè)礦界保安煤柱線188 m，近終孔處與2-2號(hào)分支立體交叉，較開孔處標(biāo)高差+98 m。

2.3 3號(hào)探測(cè)鉆孔施工探測(cè)情況

3號(hào)探測(cè)鉆孔開孔方位38.4°，開孔傾角7°，累計(jì)鉆探進(jìn)尺3 999 m。3號(hào)主孔施工孔深903 m，為了探測(cè)煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進(jìn)，累計(jì)開設(shè)分支6次，未探測(cè)到采空及積水，鉆孔大致沿北東41°方向呈直線穿過警戒線、探水線、積水線鉆進(jìn)，在635.5 m處與2-5號(hào)分支打穿，終孔進(jìn)入積水線內(nèi)645 m，終孔臨近礦井北部東側(cè)礦界保安煤柱線，距離西側(cè)18505材料巷587 m，距離南側(cè)2-4號(hào)分支終孔位置約186 m，較開孔處標(biāo)高差+129 m。3-1號(hào)分支施工孔深843 m，為了探測(cè)煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進(jìn)，累計(jì)開設(shè)分支1次，未探測(cè)到采空及積水，鉆孔自3號(hào)主孔585 m處開分支開始轉(zhuǎn)彎朝著目標(biāo)正北方向呈弧形鉆進(jìn)，與2-5號(hào)分支立體交叉穿過，鉆孔均在積水線內(nèi)，鉆孔終孔位置距離西側(cè)18505材料巷460 m，距離礦井北部東側(cè)礦界保安煤柱線127 m，分布于3號(hào)主孔和2-5號(hào)分支間，較開孔處標(biāo)高差+106 m。3-2號(hào)分支施工孔深669 m，為了探測(cè)煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進(jìn)，累計(jì)開設(shè)分支1次，未探測(cè)到采空及積水，鉆孔自3號(hào)主孔444 m處開分支開始轉(zhuǎn)彎朝著目標(biāo)正北方向呈弧形鉆進(jìn)，與2-3號(hào)分支立體交叉穿過，鉆孔均在積水線內(nèi)，鉆孔終孔位置距離西側(cè)18505材料巷367 m，分布于2-2號(hào)分支、2-5號(hào)分支、3號(hào)主孔圈閉范圍內(nèi)，較開孔處標(biāo)高差+83 m。3-3號(hào)分支施工孔深1 032 m，為了探測(cè)煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進(jìn)，累計(jì)開設(shè)分支4次，鉆孔自3號(hào)主孔11 1 m處開分支沿3號(hào)主孔方向鉆進(jìn)至306 m處開始轉(zhuǎn)彎朝著目標(biāo)正北方向呈先弧形后直線形鉆進(jìn)，立體交叉依次穿過2-3號(hào)分支、2-2號(hào)分支、2-1號(hào)分支，鉆孔終孔位置距離積水線753 m，距離西側(cè)18505材料巷287 m，超出2-1號(hào)分支探測(cè)范圍北側(cè)252 m，較開孔處標(biāo)高差+86 m。孔深1 026～1 032 m處鉆孔傾角從1.2°降至-6.3°，無返水，可能遇老空區(qū)。3-4號(hào)分支施工孔深336 m，為了探測(cè)煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進(jìn)，累計(jì)開設(shè)分支1次，未探測(cè)到采空及積水，鉆孔自3號(hào)主孔165 m處開分支開始轉(zhuǎn)彎朝著目標(biāo)正北方向呈弧形鉆進(jìn)，與1-1號(hào)分支立體交叉穿過，鉆孔均進(jìn)入積水線內(nèi)90 m，鉆孔終孔位置距離西側(cè)18505材料巷184 m，較開孔處標(biāo)高差+43 m，受鉆機(jī)采集數(shù)據(jù)DCS系統(tǒng)信號(hào)中斷而終孔。3-5號(hào)分支施工孔深1 005 m，為了探測(cè)煤層中是否存在采空，鉆孔保持在煤層中鉆進(jìn)，累計(jì)開設(shè)分支5次，鉆孔自3號(hào)主孔78 m處開分支開始轉(zhuǎn)彎朝著目標(biāo)正北方向呈先弧形后直線形鉆進(jìn)，穿過探水線、積水線，立體交叉依次穿過2-3號(hào)分支、2-2號(hào)分支、2-1號(hào)分支，鉆孔終孔位置距離積水線767 m，距離西側(cè)18505材料巷135 m，超出2號(hào)主孔終孔位置北側(cè)156 m，東距3-3號(hào)分支150 m左右，較開孔處標(biāo)高差+61 m。孔深999～1002 m處鉆孔傾角從4.5°降至1.5°，空穿1.5 m，無返水，可能遇老空區(qū)。

綜上所述，18505材料巷探測(cè)15采區(qū)北部物探異常區(qū)共施工探測(cè)鉆孔3個(gè)主孔，11個(gè)分支孔，累計(jì)鉆探進(jìn)尺10 113 m，歷時(shí)2個(gè)月，探測(cè)到異常點(diǎn)三處分別為：2-3號(hào)分支孔深651～672 m處鉆孔傾角為7°至8.6°，遇軟泥區(qū)（長達(dá)21 m），630 m處開分支（第3次）進(jìn)行驗(yàn)證，施工至642～684 m處鉆孔傾角為2°至-1°，遇軟泥區(qū)（長達(dá)42 m）；3-3號(hào)分支孔深1 026～1 032 m處鉆孔傾角從1.2°降至-6.3°，無返水，可能遇老空區(qū)；3-5號(hào)分支孔深999～1 002 m處鉆孔傾角從4.5°降至1.5°，空穿1.5 m，無返水，可能遇老空區(qū)。

3 探測(cè)成果分析

根據(jù)18505材料巷探測(cè)鉆孔施工情況，結(jié)合我礦15采區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，地面物探圈定的異常范圍等資料綜合分析如下：

根據(jù)3-3號(hào)分支、3-5號(hào)分支探測(cè)成果，結(jié)合18505材料巷、切割掘進(jìn)期間所施工探測(cè)鉆孔圈定的空巷范圍，可推斷圈定的空巷范圍南端、3-5號(hào)分支終孔位置、3-3號(hào)分支終孔位置一線北側(cè)存在8號(hào)煤層采空破壞區(qū)，該線可推斷為8號(hào)煤層采空破壞區(qū)最小范圍南側(cè)邊界線；根據(jù)2號(hào)主孔、1-1號(hào)分支、3-3號(hào)分支、2-1號(hào)分支、3-1號(hào)分支、3號(hào)主孔探測(cè)成果，鉆孔均在8號(hào)煤層近中下部中鉆進(jìn)，終孔控制間距分別為104 m、109 m、108 m、81 m、126 m，在2號(hào)主孔、1-1號(hào)分支、2-1號(hào)分支、3-1號(hào)分支、3號(hào)主孔一線南側(cè)范圍內(nèi)未探測(cè)到采空異常區(qū)，可推斷該線南側(cè)基本不存在采空破壞區(qū)；根據(jù)3號(hào)主孔、2-4號(hào)分支、1號(hào)主孔探測(cè)成果，鉆孔終孔位置處未探測(cè)到采空異常區(qū)，但鉆孔終孔間距較大約186～266 m，可推斷3號(hào)主孔、2-4號(hào)分支、1號(hào)主孔終孔位置一線西側(cè)存在采空破壞區(qū)的可能性較小；根據(jù)2號(hào)主孔、3-5號(hào)分支、2-1號(hào)分支、1-1號(hào)分支、3-3號(hào)分支、2-2號(hào)分支、3-1號(hào)分支、3號(hào)主孔、2-5號(hào)分支、3號(hào)主孔探測(cè)成果，鉆孔均在8號(hào)煤層中近中下部鉆進(jìn)，均未發(fā)現(xiàn)采空破壞區(qū)，可推斷2號(hào)主孔、2-1號(hào)分支與3-5號(hào)、1-1號(hào)、3-3號(hào)分支交叉點(diǎn)、3-3號(hào)分支與2-2號(hào)分支交叉點(diǎn)、2-2號(hào)分支與2-5號(hào)、3-1號(hào)分支交叉點(diǎn)、3-1號(hào)分支與2-5號(hào)分支交叉點(diǎn)、2-5號(hào)分支與3號(hào)主孔、2-4號(hào)分支交叉點(diǎn)、2-4號(hào)分支與1-1號(hào)分支交叉點(diǎn)、1號(hào)主孔圈閉范圍內(nèi)不存在8號(hào)煤層采空破壞區(qū)，查明不存在8號(hào)煤層采空破壞區(qū)面積約13萬m2；根據(jù)2-3號(hào)分支、3-2號(hào)分支、2-5號(hào)分支、3-1號(hào)分支探測(cè)成果，可將該區(qū)段8號(hào)煤層中賦存的軟泥區(qū)最大發(fā)育圈定出來，預(yù)測(cè)軟泥區(qū)最大范圍約3 500 m2；根據(jù)2-3號(hào)分支、3-2號(hào)分支、2-5號(hào)分支、3-1號(hào)分支圈定的軟泥區(qū)在2號(hào)主孔、2-1號(hào)分支與3-5號(hào)、1-1號(hào)、3-3號(hào)分支交叉點(diǎn)、3-3號(hào)分支與2-2號(hào)分支交叉點(diǎn)、2-2號(hào)分支與2-5號(hào)、3-1號(hào)分支交叉點(diǎn)、3-1號(hào)分支與2-5號(hào)分支交叉點(diǎn)、2-5號(hào)分支與3號(hào)主孔、2-4號(hào)分支交叉點(diǎn)、2-4號(hào)分支與1-1號(hào)分支交叉點(diǎn)、1號(hào)主孔圈閉范圍內(nèi)，老空區(qū)進(jìn)入該圈閉范圍內(nèi)的可能性較極小，可推斷軟泥區(qū)并非采空破壞區(qū)，根據(jù)15采區(qū)現(xiàn)采掘揭露地質(zhì)及水文地質(zhì)資料預(yù)測(cè)該區(qū)可與18511材料巷煤層缺失帶腐泥層沉積相比較；根據(jù)3號(hào)主孔、2-4號(hào)分支、1號(hào)主孔保持在煤層中鉆進(jìn)所開分支數(shù)量與2號(hào)主孔、1-1號(hào)分支、3-5號(hào)分支、3-3號(hào)分支保持在煤層中鉆進(jìn)所開分支數(shù)量對(duì)比，可推斷探測(cè)區(qū)域內(nèi)煤層傾角在沿傾向方向上較走向方向上起伏變化幅度大；根據(jù)所施工探測(cè)鉆孔成果，鉆孔均在煤層中鉆進(jìn)，可推斷探測(cè)區(qū)域內(nèi)落差大于煤厚的斷層基本不發(fā)育，古河流沖蝕沉積帶即使發(fā)育也沒有將煤層全部沖蝕，僅為后生淺層沖蝕；根據(jù)物探異常區(qū)探測(cè)鉆孔施工成果分析，15采區(qū)北部物探報(bào)告所劃定的8號(hào)煤層采空破壞及積水區(qū)劃定范圍較實(shí)際大，與實(shí)際情況相差較大。大致范圍見斜溝礦18505材料巷探測(cè)15采區(qū)北部物探異常區(qū)鉆孔施工效果評(píng)價(jià)示意圖見圖1。

圖1 斜溝礦18505材料巷探測(cè)15采區(qū)北部物探異常區(qū)鉆孔施工效果評(píng)價(jià)示意圖

4 結(jié)論

18505材料巷探測(cè)15采區(qū)北部物探異常區(qū)歷時(shí)2個(gè)月，共施工探測(cè)鉆孔3個(gè)主孔，11個(gè)分支孔，累計(jì)鉆探進(jìn)尺10 113 m，經(jīng)探測(cè)成果分析得出結(jié)論：

15采區(qū)北部6號(hào)煤層及下覆13號(hào)煤層采掘破壞區(qū)暫未驗(yàn)證查明；物探報(bào)告所劃定的8號(hào)煤層采空破壞及積水區(qū)劃定范圍較實(shí)際大；推斷圈定的空巷南端、3-5號(hào)分支終孔位置、3-3號(hào)分支終孔位置一線為8號(hào)煤層采空破壞區(qū)最小范圍南側(cè)邊界線；推斷2號(hào)主孔、1-1號(hào)分支、2-1號(hào)分支、3-1號(hào)分支、3號(hào)主孔終孔位置一線南側(cè)基本不存在采空破壞區(qū)；推斷3號(hào)主孔、2-4號(hào)分支、1號(hào)主孔終孔位置一線西側(cè)存在采空破壞區(qū)的可能性較小；推斷2號(hào)主孔、2-1號(hào)分支與3-5號(hào)、1-1號(hào)、3-3號(hào)分支交叉點(diǎn)、3-3號(hào)分支與2-2號(hào)分支交叉點(diǎn)、2-2號(hào)分支與2-5號(hào)、3-1號(hào)分支交叉點(diǎn)、3-1號(hào)分支與2-5號(hào)分支交叉點(diǎn)、2-5號(hào)分支與3號(hào)主孔、2-4號(hào)分支交叉點(diǎn)、2-4號(hào)分支與1-1號(hào)分支交叉點(diǎn)、1號(hào)主孔圈閉范圍內(nèi)不存在8號(hào)煤層采空破壞區(qū)，查明不存在8號(hào)煤層采空破壞區(qū)面積約13萬m2；預(yù)測(cè)2-3號(hào)分支、3-2號(hào)分支、2-5號(hào)分支、3-1號(hào)分支圈閉范圍內(nèi)8號(hào)煤層中軟泥區(qū)發(fā)育最大范圍約3 500 m2，推斷軟泥區(qū)并非采空破壞區(qū)，可與18511材料巷煤層缺失帶泥炭層沉積相對(duì)比；探測(cè)區(qū)域內(nèi)煤層傾角在沿傾向方向上較走向方向上起伏變化幅度大；預(yù)測(cè)探測(cè)區(qū)域內(nèi)落差大于煤厚的斷層基本不發(fā)育，古河流沖蝕沉積帶即使發(fā)育也沒有將煤層全部沖蝕，僅為后生淺層沖蝕。

18505材料巷探測(cè)15采區(qū)北部物探異常區(qū)探測(cè)成果對(duì)比分析總結(jié)可供探測(cè)類似物探異常區(qū)提供參考，千米定向鉆機(jī)在大范圍物探異常區(qū)探測(cè)，鉆孔布置方案應(yīng)將探測(cè)鉆孔沿異常區(qū)邊界布設(shè)并將異常區(qū)圈閉起來，在圈定范圍內(nèi)再進(jìn)一步布設(shè)加密鉆孔分割塊段，縮小探測(cè)界線，最終驗(yàn)證排除異常或?qū)惓^(qū)圈定在較小的范圍內(nèi)和確定其邊界。鉆孔施工遇到軟泥區(qū)應(yīng)繼續(xù)鉆進(jìn)揭穿，以確定軟泥區(qū)發(fā)育范圍，或采用取芯鉆進(jìn)采取煤巖樣進(jìn)行觀測(cè)分析，最終分析確定該區(qū)域異常原因，為后續(xù)采掘設(shè)計(jì)施工提供準(zhǔn)確的地質(zhì)資料以供參考。鉆孔施工過程中遇用水漏失現(xiàn)象應(yīng)采用多種技術(shù)工藝排除異常區(qū)的可能情況，最終將疑似原因精準(zhǔn)鎖定，千米定向鉆機(jī)將在大型煤礦的快速發(fā)展中得到廣泛應(yīng)用。