常藍(lán)天

（山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司五陽煤礦，山西 襄垣 046200）

1 根據(jù)地質(zhì)鉆孔成果分析斷層參數(shù)的原則

斷層的存在直接導(dǎo)致巖層或巖體順破裂面發(fā)生明顯位移，尋找地層中廣泛存在的標(biāo)志層是判斷斷層存在及斷層參數(shù)最有效的辦法。煤層屬于煤礦井下生產(chǎn)中十分重要的標(biāo)志層，故尋找煤層發(fā)生位移的位置及位移距離十分重要。

2 分析方法

2.1 通過煤(巖)層斷裂面分析斷層賦存

巷道掘進(jìn)前方?jīng)]有斷層情況下，煤巷施工地質(zhì)鉆孔見巖位置即煤層頂（底）板或煤層中部夾矸位置。利用地質(zhì)鉆孔探測的煤層頂（底）板位置連線可以判斷煤層頂?shù)装迤露茸兓闆r；若出現(xiàn)鉆探顯示的煤層頂（底）板位置連線明顯異常，即可判定斷層的存在。

案例1：斷層走向與巷道掘進(jìn)方向夾角較大

已知巷道由西向東沿煤層頂板掘進(jìn)，矩形斷面，巷高3.5 m，巷寬5.0 m，掘進(jìn)區(qū)域煤厚6.0 m，無厚層夾矸，煤層自然坡度0°左右，地質(zhì)鉆孔施工過程中出現(xiàn)異常見巖情況。鉆孔施工情況見表1。

1-1#、1-2#鉆孔見巖位置明顯異常，鉆孔見巖后仍施工10 m，排除見巖位置為矸石情況，鉆孔見巖位置距離近似，但兩鉆孔見巖位置垂距僅2 m，與巷道掘進(jìn)區(qū)域煤層厚度差異較大。判斷該處存在地質(zhì)異常。經(jīng)補(bǔ)充施工1-3#、1-4#孔，明顯看出煤層斷開且掘進(jìn)前方煤層位于正常煤層上方。經(jīng)繪制鉆孔剖面分析（見圖1），判斷掘進(jìn)前方煤層厚度、煤層自然傾角均未出現(xiàn)明顯變化，掘進(jìn)前方26 m左右揭露煤層上升，落差11 m的正斷層。

經(jīng)再次補(bǔ)充施工N60°E方位的2-1#、2-2#鉆孔，經(jīng)繪制鉆孔剖面分析（見圖2），判斷N60°E方位鉆探位置向前26 m左右煤層上升，落差11 m的正斷層。

將兩組鉆孔剖面圖進(jìn)行分析，判斷的斷層位置繪制平面（見圖3），即可判斷斷層走向。

圖1 E方向（第一組鉆孔方向）剖面

圖2 E方向（第二組鉆孔方向）剖面

案例2：斷層走向與巷道掘進(jìn)走向夾角較小

已知巷道由西向東沿煤層頂板掘進(jìn)，矩形斷面，巷高3.5 m，巷寬5.0 m，掘進(jìn)區(qū)域煤厚6.0 m，無厚層夾矸，煤層自然坡度0°左右。鉆孔施工情況見表2。

表2 鉆孔施工情況

經(jīng)施工1-1#、1-2#、1-3#、1-4#地質(zhì)鉆孔繪制鉆孔剖面分析（見圖4），巷道北側(cè)28 m左右存在煤層上升，落差11 m的正斷層。

隨巷道掘進(jìn)，后續(xù)分別間隔20 m補(bǔ)充施工2-1#、2-2#、3-1#、3-2#、4-1#、4-2#鉆孔，繪制鉆孔剖面（見圖5），分析巷道北側(cè)正斷層逐漸向巷道偏移，將4組鉆孔剖面圖分析判斷的斷層位置繪制平面（見圖6），即可判斷斷層走向。

圖3 巷道平面

圖4 N方向（第一組鉆孔方向）剖面

圖5 N方向（第二組鉆孔方向）剖面

圖6 巷道平面

案例3：斷層走向與巷道掘進(jìn)走向近似且與巷道距離極近

已知巷道由西向東沿煤層頂板掘進(jìn)，矩形斷面，巷高3.5 m，巷寬5.0 m，掘進(jìn)區(qū)域煤厚6.0 m，無厚層夾矸，煤層自然坡度0°左右。巷道掘進(jìn)探煤厚作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)煤層厚度變化，在探煤孔顯示的煤層厚度異常變化區(qū)域補(bǔ)充施工地質(zhì)鉆孔。鉆孔施工情況見表3。

表3 鉆孔施工情況

經(jīng)施工1#、2#、3#、4#、5#地質(zhì)鉆孔繪制巷道斷面分析（見圖7），巷道掘進(jìn)區(qū)域煤層上升，落差1.7 m的正斷層。

隨巷道掘進(jìn)，分別間隔10 m，在巷道左、右側(cè)垂直巷道底板補(bǔ)充施工探煤孔，巷道左側(cè)探煤孔1#、2#、9#、10#鉆孔均為2.5 m見巖，3#、4#、5#、6#、7#、8#鉆孔均為0.8 m見巖，巷道右側(cè)探煤孔均為2.5 m見巖，巷道掘進(jìn)過程中頂板完好連續(xù)，繪制鉆孔剖面（見圖8），分析巷道北側(cè)煤層上升的正斷層在2#、3#鉆孔間偏移至巷道內(nèi)部，后在8#、9#鉆孔間偏移至巷道北側(cè)，最終得出結(jié)論，斷層賦存情況見圖10。巷道北側(cè)煤層上升，落差1.7 m的正斷層，且該斷層走向與巷道掘進(jìn)方向基本一致。

圖7 巷道B位置斷面

圖8 A-A 、剖面

圖9 巷道平面

2.2 通過模擬，推演巷道掘進(jìn)前方斷層運(yùn)移情況，分析斷層賦存

斷層走向與巷道掘進(jìn)走向近似，斷層在巷道掘進(jìn)迎頭已揭露，且僅利用鉆探數(shù)據(jù)繪制剖面圖、平面圖無法準(zhǔn)確分析斷層賦存情況。這種情況下，利用掘進(jìn)巷道前方判斷斷層在巷道中延伸距離對生產(chǎn)有很好的作用。

案例：已知巷道由東向西掘進(jìn)，矩形斷面，巷高3.5 m，巷寬5.0 m，掘進(jìn)區(qū)域煤厚6.0 m，無厚層夾矸，煤層自然坡度0°左右，已知巷道掘進(jìn)區(qū)域存在巷道南側(cè)煤層上升，斷層與巷道掘進(jìn)走向近似，且掘進(jìn)過程中已持續(xù)過斷層40余米。為查明斷層在掘進(jìn)前方具體偏移情況，補(bǔ)充施工地質(zhì)鉆孔，鉆孔情況見表4。

表4 鉆孔施工情況

1-1#、2-1#兩鉆孔34.3 m見巖位置，均為巷道頂板且為斷層同一盤，巷道掘進(jìn)前方煤層自然坡度仍為0°。其它鉆孔數(shù)據(jù)差異明顯，若依靠繪制鉆孔剖面圖辦法分析斷層走向運(yùn)移情況，難度較大。

圖10 巷道平面

圖10中將鉆探位置、掘進(jìn)前方2 m、掘進(jìn)前方11 m、掘進(jìn)前方22 m、掘進(jìn)前方34.3 m位置分別定為A、B、C、D、E五個位置，分別分析鉆孔鉆探至A、B、C、D、E五個位置時鉆孔位置變化，見表5。

表5 鉆孔施工情況

根據(jù)掘進(jìn)前方鉆孔位置變化情況，繪制巷道在A、B、C、D、E五個位置的鉆孔位置圖。

由于巷道掘進(jìn)前方煤層自然坡度0°左右，可采用平移鉆孔位置斷層及煤巖分界情況至巷道各位置斷面中，使得斷層運(yùn)移符合鉆孔煤巖變化，最終形成巷道掘進(jìn)前方2 m、11 m、22 m、34.3 m位置巷道的真實斷面（見圖11），直觀明確巷道掘進(jìn)前方斷層運(yùn)移情況。

圖11 巷道A、B、C、D、E位置的真實斷面

本案例中采用的煤層自然坡度0°，具有特殊性，但根據(jù)生產(chǎn)中遇到的煤層自然坡度計算，各鉆孔在該自然坡度下鉆探至掘進(jìn)前方的不同位置的鉆孔位置，并通過模擬推演巷道掘進(jìn)前方斷層運(yùn)移情況，分析斷層賦存十分可行。

3 根據(jù)鉆探結(jié)果分析斷層的局限性

井下施工斷層探測鉆孔過程中，由于施工人員不標(biāo)準(zhǔn)操作、鉆探設(shè)備精度、鉆孔記錄人員判斷煤巖分界滯后，以及其它干擾等因素影響，經(jīng)常出現(xiàn)鉆探數(shù)據(jù)不精確的情況，而利用不精確的鉆探數(shù)據(jù)分析斷層，必然無法準(zhǔn)確判定斷層參數(shù)。同時煤炭的賦存（煤層厚度、煤層自然坡度）并不完全具有均一性，沿不同方向的煤層自然坡度并非一致，已知沿巷道掘進(jìn)方向煤層自然坡度并不能反映其他方位煤層自然坡度，同時根據(jù)現(xiàn)已掘進(jìn)巷道顯示的煤層自然坡度也并不能決定掘進(jìn)前方煤層的自然坡度。

4 結(jié)語

通過上述幾種分析辦法，絕大多數(shù)情況下，分析處理井下鉆探數(shù)據(jù)得出準(zhǔn)確結(jié)論，有效地指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)，對井下煤礦開采生產(chǎn)方案設(shè)計、生產(chǎn)計劃調(diào)整、預(yù)防斷層誘發(fā)的其他危險因素處理措施制定提供了可靠資料。雖然利用鉆探結(jié)果分析斷層存在各種局限因素，但利用定向鉆孔施工、鉆孔軌跡儀、鉆孔成像儀等技術(shù)手段，可以有效消除誤差。