古河床沖刷帶現場探測研究與通過實踐

邱文華

（中煤華利能源山西省中陽榮欣焦化有限公司 高家莊煤礦，山西 呂梁 033400）

1 概 況

高家莊井田位于離柳礦區的南部，離柳礦區位于河東煤田的中部，高家莊井田基本構造形態為一走向NW，傾向SW的單斜構造，在此基礎上發育有次級褶曲，地質傾角為2°～6°。勘查過程中未發現地質構造，在井下開采2號煤層過程中，揭露10條正斷層，1條逆斷層。斷層走向以NE或NW向為主，斷層傾角15°～73°。斷層落差0.40～10.0 m，其中落差＜5 m的8條，落差＞5 m的3條。未見巖漿巖侵入。煤礦總體構造簡單。在勘探過程中，根據勘探地質報告和補充勘探地質報告，均沒有提及礦井井田范圍內關于古河床沖帶的地質體。

礦井主采的2號煤層為中厚煤層，首采的一、二盤區煤層厚度1.4～2.2 m，煤層傾角平緩，一般小于6°，采用一次采全高回采方式。高家莊煤礦在施工2205高抽巷通道的過程中，當掘進至135 m時出現了頂板傾角反轉，由正常掘進的5°上山，突變為6°下山，煤層厚度由1.76 m逐漸變薄，頂板巖性由泥巖變為泥質砂巖，底板沒有明顯變化，在繼續掘進至169～172.4 m，出現無煤區，無煤區長度3.4 m，通過無煤區之后，又出現了煤層從煤線直至過渡到正常煤層厚度的情況，推測其為煤層沖刷帶造成的煤層變薄和缺失。為探明沖刷帶的影響范圍和產狀，采用地質素描和地質前探對該區域進行了探測研究。

2 巷道的超前鉆探

煤層沖刷帶一般是指水流（河流、海水）對泥炭層或煤層的沖蝕，通常由砂質沉積物充填而形成的地質體，沖刷帶是常見的礦井地質現象，是引起煤層形態和厚度變化異常的常見原因之一。

為準確探明沖刷帶范圍、產狀，在2205回風聯巷內設計了6個超前探測鉆孔，鉆孔布置如圖1所示，鉆孔參數見表1。

圖1 巷道超前鉆孔布置Fig.1 The layout of roadway advance drilling hole

表1 超前鉆探鉆孔參數Table 1 The parameters of advanced drilling hole

探1號孔退后迎頭5 m開鉆，靠近東幫，傾角-52°，1.3 m見煤，2.3 m見巖，6 m見煤，8 m見巖，13.5 m見煤，14.5 m見巖，共探16.5 m；探2號孔迎頭退后5 m開鉆，靠近巷道底板的西幫，傾角-47°，10 m見煤，12.5 m見巖，18 m見煤，19.5 m見巖，共探21 m；探3號孔迎頭退后7 m開鉆，傾角-30°，7.5 m見煤，9 m見巖，38 m見煤，40 m見巖，共探41 m；探4號孔，迎頭開鉆，傾角-5°，80 m全巖；探5號孔，迎頭開鉆，傾角+45°，15 m全巖；探6號孔迎頭開鉆，傾角-15°，20 m見煤。

通過探測可知，探1號孔揭露3層煤，分別為2、3、4號煤層，其余鉆孔均未揭露2號煤層，可見2號煤層僅在巷道的東幫有揭露，其余在巷中前方2號煤缺失；探2號、探3號孔揭露了3號、4號煤層，探6號孔揭露了3號煤層，說明3號、4號煤層賦存穩定，依據地質資料推測，沖刷帶僅影響了2號煤層，使2號煤層局部缺失，局部變薄，對3號煤層和4號煤層沒有影響。巷道的底板靠近東幫還有殘存的煤層。

3 沖刷帶的補充探測

為防止巷道施工前方誤揭煤，同時對鄰近層煤層進行消突和抽放，在施工巷道下方的東膠大巷施工了一組瓦斯抽放鉆孔，進一步對預測的沖刷帶進行了驗證。

共施工8個鉆孔。東膠1號鉆孔，傾角+29°，5.5 m見煤，8 m見巖，26 m見煤，28.5 m見巖，共施工30 m；東膠2號鉆孔，傾角+40°，4.5 m見煤，7 m見巖，17 m見煤，19.2 m見巖，共施工30 m；東膠3號鉆孔，傾角+56°，3.5 m見煤，5 m見巖，12.5 m見煤，15 m見巖，共施工30 m；東膠4號鉆孔，傾角+73°，2.5 m見煤，4.1 m見巖，8.1 m見煤，9.7 m見巖，共施工27 m；東膠5號鉆孔，傾角+60°，1.5 m見煤，3 m見巖，12 m見煤，14.5 m見巖，共施工21 m；東膠6號鉆孔，傾角+53°，2 m見煤，3.5 m見巖，13 m見煤，15 m見巖，共施工21 m；東膠7號鉆孔，傾角+48°，2.7 m見煤，4 m見巖，13 m見煤，16 m見巖，共施工21 m；東膠8號鉆孔，傾角+43°，3 m見煤，4.5 m見巖，14.5 m見煤，17.5 m見巖，共施工29 m。通過探測可知，8個鉆孔均只揭露了3號、4號煤層，沒有揭露2號煤層，可以推測2號煤層缺失，進一步驗證了沖刷帶的存在。

為了探明整個掘進巷道范圍內沖刷帶的延展范圍，又在巷道貫通的東回大巷內沿巷道施工方向按0方位施工了1個探孔，即東回1號鉆孔，傾角+5°，距巷道底板1.7 m開孔，共施工103 m，6 m見煤，9 m見巖，后全巖；推測在巷道施工方向上距離東回大巷12 m位置2號煤又重新出現。

4 鉆探探測的綜合分析

根據所有的鉆孔探測綜合分析，通過2205高抽聯巷施工揭露，在2205高抽回風聯巷開門點向西42 m位置和正對2205高抽回風聯巷開門點，煤層逐漸變薄，局部煤層缺失，在高抽回風聯巷開門施工位置底板西幫煤厚0.6 m，東幫0.9 m，煤層出現異常變化；施工2205高抽回風聯巷10 m平巷后，巷道變為全巖施工，煤層進入巷道底板；在巷道施工至50 m左右時，通過打鉆探測，45 m位置東幫有0.73 m厚的2號煤層，探2號西幫探測無2號煤。探3號、探4號、探6號均未見2號煤層，斷定2號煤缺失；通過東膠大巷施工8個鉆孔，揭露3號煤層穩定，未揭露2號煤層，斷定2號煤缺失；通過東回大巷1號孔揭露和原東回大巷素描推斷，東回大巷以北約12 m范圍煤厚由正常煤厚逐漸變薄，結合東膠10號孔，判定在東回大巷北12 m范圍以北2號煤層缺失。

綜上所述，巷道施工區段北段50 m和南段12 m 2號煤層變薄，中間段72 m范圍2號煤缺失，而該區段3號、4號煤穩定，因此，判定為沖刷帶。鉆孔布置剖面圖如圖2所示。

圖2 鉆孔布置剖面圖Fig.2 The profile of drilling hole layout

5 巷道素描分析

為了確定沖刷帶的擴展情況，采用巷道素描的方法對沖刷帶進行圈定。周邊巷道有剛開始揭露沖刷帶的2205高抽聯巷，東回大巷、2205膠帶順槽，根據周邊巷道的素描情況確定了沖刷帶的擴展范圍，各巷道素描如圖3所示，沖刷帶的位置和范圍界定如圖4所示。

圖3 巷道素描Fig.3 Roadway sketch

圖4 沖刷帶的位置和范圍界定圖Fig.4 The position and range definition diagram of the scouring zone

6 巷道通過的方案調整

2205高抽回風聯巷的掘進目的是為了施工2205高抽巷的回風和抽放管路的安裝，要與東翼回風大巷進行貫通，且為了便于管路的安裝，回風聯巷和設計的高抽巷盡量要在同一條直線上，因此，2205高抽巷必須按照原設計位置進行施工。

原設計巷道沿2號煤層的頂板施工，由于沖刷帶影響范圍內2號煤缺失，沖刷體的巖石變硬，在不改變施工位置前提下，決定將施工工藝由綜掘改為炮掘施工，由于全巖施工，煤巖破碎，為保證巷道成型，所以施工斷面由矩形斷面改為拱形斷面。

7 實踐驗證

為了驗證對沖刷帶推斷及探測的準確性，緊跟巷道的掘進施工，進行了巷道的跟蹤素描，巷道的素描和原探測的預想剖面基本吻合，從而驗證了沖刷帶推斷及探測的準確性。巷道素描如圖5所示。

圖5 2205高抽回風聯巷巷道素描Fig.5 The roadway sketch of No.2205 high pumping return air united roadway

8 結 論

（1）高家莊煤礦通過巷道鉆探探測以及周邊巷道的素描，基本確定了沖刷帶的擴展范圍，基于巷道的用途所限，巷道的施工位置無法變動，通過改變施工工藝和施工斷面，使巷道順利通過了沖刷帶，滿足了2205高抽巷的回風使用及后期的抽放管路的安裝。

（2）沖刷帶是引起煤層形態和厚度變化異常的常見原因之一。根據煤層的變化情況判斷沖刷帶，在頂板巖性發生變化，同時煤層變薄和缺失且煤層的底板沒有異常變化的情況下，首先判斷為沖刷帶，這和緩傾角斷裂構造很容易混淆并難以分辨斷，主要的區別在于底板是否斷開，一般沖刷帶的底板不會斷開或有明顯的斷裂痕跡。

（3）利用超前鉆探的方法尋找煤層的變薄或缺失是判定沖刷帶延展范圍的有效方法，同時參照巷道的素描可以圈定定沖刷帶的影響范圍。

（4）對于沖刷帶的影響，由于構成沖刷帶的巖石較煤層的硬度高，常給采掘工程設計和施工造成不利影響，因此盡量要避開沖刷帶，減小其對工程的影響。但是在工程需要的特殊情況下，有時也必須通過沖刷帶，如開拓大巷施工等，在采取可靠的施工措施后，是能夠安全通過的。

（5）在地質資料不夠詳細的狀況下，利用鉆探法確定構造的形態和產狀，為保證礦井的安全生產，具有重要的現實意義。