李曉旭 劉永芳

0 引言

同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司是一座千萬噸大型礦井，工作面采用走向長壁大型機(jī)械化采煤方法。14204工作面為二采區(qū)正在掘進(jìn)工作面，順槽長度為2 900 m，切巷長度234.5 m，將作為14202回采工作面接替面。14204切巷在掘進(jìn)至170 m時(shí)揭露一條走向近180°，落差10米正斷層，該斷層對(duì)切巷的掘進(jìn)及以后工作面回采影響較大，為了保證工作面的正常掘進(jìn)及回采接替，采用多種地質(zhì)勘探手段對(duì)該斷層影響區(qū)域進(jìn)行探查，確定斷層延伸發(fā)展情況，結(jié)合14204已掘切巷揭露斷層情況，綜合分析利蔽，在保證多采煤，減少煤量損失情況下，最終確定新開切眼布置方案，確保工作面的正常圈定，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。

針對(duì)本次地質(zhì)工作中遇到的實(shí)際情況，研究通過重新分析核實(shí)已有三維地震勘探資料，開展反射波槽波勘探，在結(jié)合物探勘探成果后，進(jìn)行了千米定向鉆機(jī)和小鉆機(jī)勘探驗(yàn)證，采用多種勘探手段對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行了全面探查，確保地質(zhì)資料準(zhǔn)確無誤。

1 三維地震資料分析

三維地震勘探方法是在地面上按照設(shè)計(jì)要求布置條測線(兩組測線相互垂直)，沿測線進(jìn)行地震勘探施工，依靠震源，采用面線接受方式采集地下地層反射回地面的地震波信息，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后得到三維數(shù)據(jù)體，可根據(jù)工作需要提取地質(zhì)信息。三維地震勘探可在復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下應(yīng)用，可確定小幅度、小范圍或難定的構(gòu)造；可以解決精確的三維地下地質(zhì)模型；可在地表?xiàng)l件使二維技術(shù)難以施展的地區(qū)應(yīng)用。

14204切巷在掘進(jìn)中揭露落差10米斷層后，對(duì)前期在本區(qū)域進(jìn)行的地面三維地震資料進(jìn)行復(fù)核分析，通過研究，基本確定所研究區(qū)域內(nèi)斷層走向及延伸發(fā)展情況，得出斷層向北延伸落差是逐漸變小，由于三維地震在實(shí)踐中存在局限性，在勘探任務(wù)中，落差5米以下斷層判斷準(zhǔn)確度較低，平面位置誤差范圍是±15米，另一方面由于存在地震信息的缺失，所觀測系統(tǒng)搜集到的信息難以有效顯示落差較小的斷層，同時(shí)由于信息解釋的不準(zhǔn)確，會(huì)導(dǎo)致所勘探成果準(zhǔn)確性較差，影響物探工作的科學(xué)性和可靠性，因此前期三維地震勘探作為一種間接的勘探方法，無法滿足本次需要，因此在井下巷道進(jìn)行了巷道反射波槽波勘探做進(jìn)一步探查。

2 反射波槽波探測

反射波槽波探測是利用導(dǎo)波在煤層中激發(fā)、傳播、反射波接收來探查煤層連續(xù)性的一種物探方法，具有精度高、距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、波形易識(shí)別待優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于井下探測地質(zhì)不連續(xù)體構(gòu)造。

為了進(jìn)一步探明14204工作面斷層走向及延展長度，開展本次反射波槽波探測。炮點(diǎn)布置于14204輔運(yùn)順槽，間距設(shè)定為10米，由切眼向主巷道方向一側(cè)共延展800 m，如圖1所示的紅色圓形。檢波點(diǎn)布置于切巷和輔運(yùn)順槽，間距也為10 m，如圖1所示藍(lán)色三角形。由切眼向主巷道方向一側(cè)共延展800 m，炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)重合，施工時(shí)，由大巷一側(cè)向切巷方向施工，以膠帶順槽一側(cè)已掘成的150 m巷道的槽波反射作為對(duì)比段。在本次槽波勘探時(shí)，所獲得的原始槽波記錄的質(zhì)量較高，可以用來進(jìn)行反射槽波勘探的資料處理和解釋。

圖1 反射槽波探測炮檢點(diǎn)布置示意

圖2 工作面槽波成像剖面解釋成果

數(shù)據(jù)解釋：對(duì)于反射槽波勘探來說，其對(duì)斷層落差的分辨率一般是煤層厚度的1/3～1/2。由于14204工作面中的煤層厚度約為10 m，在槽波成像剖面中，可以識(shí)別反射槽波同相軸的斷層對(duì)應(yīng)落差應(yīng)大于3 m。如果斷層落差小于3 m，在槽波成像剖面中基本無法識(shí)別出反射同向軸。如果斷層距觀測點(diǎn)的距離相同，則反射槽波同相軸越強(qiáng)，其所對(duì)應(yīng)的斷層落差越大。但如果斷層距離觀測點(diǎn)的距離不同，同等落差斷層所對(duì)應(yīng)反射槽波同相軸的強(qiáng)度將不同。距離觀測點(diǎn)越近，反射槽波同相軸的強(qiáng)度越大，同相軸的信噪比越高；反之，反射槽波同相軸的強(qiáng)度越小，同相軸的信噪比越低。根據(jù)這一原則，可以確定斷層落差。由于本次反射槽波的觀測點(diǎn)全部布置輔運(yùn)順槽之中，因此以輔運(yùn)順槽為基準(zhǔn)確定斷層落差，本次探查共探測出4條斷層，斷層落差均介于3～10 m之間，解釋結(jié)果如圖2。

礦井工作面反射槽波勘探作為井下物探方法的一種，具有所有物探方法的共同特點(diǎn)，即勘探成果的間接性和多解性，由于反射槽波勘探的原理是記錄斷層面反射回來槽波，而不觀測本身；另外，反射槽波只有當(dāng)斷層和煤彈性屬差異較大時(shí)才能產(chǎn)生。因此，所獲得的槽波成像剖面是間接成果，而不是直接成果，不可避免地和實(shí)際情況間存在一定差異。需要進(jìn)行鉆探進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 千米定向鉆機(jī)及150小鉆機(jī)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證

千米定向鉆機(jī)是通過計(jì)算機(jī)控制鉆頭進(jìn)行導(dǎo)向和探測的一種探測方法，可實(shí)現(xiàn)人為控制軌跡，廣泛應(yīng)用于礦山、油氣等需要可控軌跡、精度要求高的工程，可實(shí)現(xiàn)構(gòu)造探查、油氣抽采、疏水注漿等目的，具有精度高，靶向性好，定向鉆孔層位準(zhǔn)、距離長，整機(jī)轉(zhuǎn)場靈活，操作簡單可靠，自動(dòng)化程度高，施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，施工成本相對(duì)較高。150小鉆機(jī)則采用較為簡單的鉆探探測方法，成本低、速度快、鉆探距離短、應(yīng)用廣泛，可實(shí)現(xiàn)簡單的構(gòu)造探查、物探驗(yàn)證工作，可對(duì)小范圍實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)探測。

由于以上物探方法上的局限性，無法準(zhǔn)確確定斷層發(fā)展情況，固對(duì)前述物探成果進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。由于150鉆機(jī)無法滿足鉆探精度要求，先期采用千米定向鉆機(jī)于14204輔運(yùn)巷進(jìn)行勘探，后期于14204膠帶巷進(jìn)行小鉆機(jī)鉆探驗(yàn)證。如圖3所示。

圖3 鉆探布置

千米鉆機(jī)鉆探：于14204輔運(yùn)順槽切眼退后245米處進(jìn)行鉆探，鉆探深度209米，沿切巷方向向工作鉆探。

圖4 14204輔運(yùn)巷千米定向鉆機(jī)探測示意剖面

經(jīng)千米鉆機(jī)探查后，經(jīng)分析得出，鉆探路徑內(nèi)煤層產(chǎn)狀無大起伏，鉆至173米處落差6米斷層，斷層兩盤煤層頂板有明顯落差，綜合考慮，工作面內(nèi)在煤層穩(wěn)定前提下，存在落差6米左右斷層，定為CF2斷層落差（見圖4）?？紤]到成本，本區(qū)域僅施工一個(gè)千米鉆孔，無法準(zhǔn)確斷定斷層延伸情況。經(jīng)分析CF1斷層距14204膠帶巷較近，采用150小型鉆機(jī)對(duì)該斷層進(jìn)行進(jìn)一步探查。

150鉆機(jī)鉆探：于14204膠帶巷向工作面布置5組鉆孔，方位角為135°，鉆孔深度90米，鉆探結(jié)果顯示，鉆探范圍內(nèi)無斷層跡像，基本確定鉆探范圍內(nèi)無大斷層構(gòu)造。

綜合考慮以上所有勘探成果，結(jié)合14204膠帶順槽掘進(jìn)過程中于2 488米左幫揭露落差5米斷層（根據(jù)巷道揭露向南延伸落差最大7米，遇計(jì)向南延伸落差有增大可能性）,定義該斷層為CF4斷層。考慮到當(dāng)前回采工藝，結(jié)合本區(qū)域內(nèi)斷層探查的結(jié)果，綜合考慮后，最終將切眼布置于2 505米處，掘進(jìn)情況圖5所示。

圖5 14204切巷剖面示意

4 結(jié)語

根據(jù)切巷掘進(jìn)情況分析，前期所做勘探為掘進(jìn)方案提供了較為準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，保證了掘進(jìn)的正常進(jìn)行，同時(shí)，切巷合理的掘進(jìn)方案，減少斷層對(duì)掘進(jìn)的影響，將今后對(duì)工作面回采影響降到最低，成功確保工作面的正常銜接和降低了損失煤量?？傮w來看，在采用較為合理掘進(jìn)方案的情況下，將生產(chǎn)損失降到最低，節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，避免了更大的損失和浪費(fèi)。在針對(duì)地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜或地質(zhì)情況不明的區(qū)域時(shí)，采用多種勘探手段對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行了全面探查，實(shí)現(xiàn)多種手段優(yōu)勢互補(bǔ)，可以在實(shí)踐應(yīng)用中相互驗(yàn)證，提高準(zhǔn)確性，本著物探先行，鉆探驗(yàn)證的原則，采用千米鉆機(jī)及小鉆機(jī)彌補(bǔ)物探的不足，在實(shí)際工作中，單一的勘探手段很難達(dá)到理想的探測效果，需要結(jié)合已有勘探成果以及綜合運(yùn)用其他手段方可達(dá)到比較理性的效果。

[1]李延貴.淺談綜合地質(zhì)勘探方法在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用[J/OL].世界有色金屬,2017(19):171-172.

[2]廉潔,李松營,等.槽波地震勘探技術(shù)在義馬礦區(qū)的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2015,43(12):162-165.