综采工作面陷落柱综合探测技术应用_秦凯锋.pdf

2023年第2期西部探矿工程*收稿日期：2021-12-28作者简介：秦凯锋（1988-），男（汉族），山西沁水人，工程师，现从事煤矿地质与测量工作。综采工作面陷落柱综合探测技术应用秦凯锋*（山西沁和能源集团有限公司候村煤矿，山西 晋城 048000）摘要：为保证5302工作面安全高效回采，同时最大限度提高资源回收率，需要对5302工作面陷落柱进行准确探测，采用无线电波坑透、钻探和巷探的综合探测技术对5302工作面可能存在的陷落柱进行探查，准确圈定陷落柱位置并分析判断陷落柱性质。通过综合探查可知X6与X5-2陷落柱不导水、不含水，且面积均较小，对工作面回采不构成威胁。根据探查结果对工作面停采线位置进行调整，增加工作面储量12104t。关键词：陷落柱；物探；钻探；综合探测中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)02-0155-03随着我国经济的强劲增长，对能源的需求也持续保持在高位，其中煤炭作为我国的主体能源在短时间内无法改变，因此现代化高产高效矿井是当下时代需求。而由于地质构造不明造成的矿井生产布置不合理、甚至造成重大灾害是目前影响矿井安全高效生产的一个重要因素。其中断层和陷落柱是最为常见的两种对矿井安全高效生产具有较大影响的地质构造形式，特别是陷落柱，极易发生突水事故、瓦斯事故以及造成回采困难等1-4。因此，以侯村煤矿5302工作面为工程基础，采用物探、钻探、巷探的综合探测技术，对5302工作面陷落柱发育情况进行探查，确定陷落柱的位置以及各种参数和性质，为后期治理确保工作面安全回采提供可靠依据。1工程概况侯村煤矿5302工作面走向长为762m，倾向长为176m，主采15#煤层，煤厚1.92.8m，平均2.4m，存在一层发育稳定的夹矸，平均厚度0.2m，可采储量43104t。该工作面水文地质条件较复杂，主要充水水源为顶部的K2灰岩承压岩溶裂隙含水层和浅层老空水。回采前编制专项探放水设计并开展老空水探放工作。工作面上部分布有原5310（主采9#煤层）工作面老空区以及早期的老窑破坏区域，5310工作面共揭露陷落柱两个，命名为X6和X4，其中通过开掘新切眼将X4陷落柱甩掉，并强行通过X6陷落柱。通过对地层分布情况的分析，判断这2个陷落柱都会对5302工作面产生一定影响，为减轻陷落柱影响，工作面预计将停采线设计至X6（首个）陷落柱边缘。5302工作面掘进期间回风顺槽在原设计停采线位置发现邻近巷道所揭露的编号为X5-2的陷落柱，按照设计要求，在工作面回采前需要摸清X6、X4和X5-2三个陷落柱的具体参数，确定其性质及影响范围，为工作面安全高效回采提供依据。2陷落柱综合探测技术为准确探测5302工作面赋存的3个陷落柱，同时对未知的构造进行探查，本次设计为物探、钻探和巷探的综合探测方法，其中巷探法为前两种方法实施不理想的状态下进行。2.1无线电波坑透探测无线电波坑透是利用无线电波在煤层中传播遇到阻抗界面发生反射、折射以及遇到低阻岩矿石吸收导致无线电波衰减，通过采集衰减情况（即实测场强值和理论场强值之差），然后进行CT扫描，圈出工作面的地质异侯区5。本次共圈出异侯区4个，分别是1#、2#、3#、4#异侯区。通过对已有资料的研判和分析，判断2#异侯区为X4陷落柱所在位置，3#异侯区为X6陷落柱所在位置，4#异侯区为X5-2陷落柱所在位置。异侯区解译情况见表1。2.2钻探探测根据已经揭露的地质情况，结合无线电波坑透解译成果，对三个疑似陷落柱的异侯区进行钻探探查，其1552023年第2期西部探矿工程中对2#、4#异侯区分别设计3个钻孔，对3#异侯区设计10个钻孔进行探查。钻孔设计如图1所示，钻孔设计参数见表2。针对X6陷落柱共设计10个勘探钻孔，其中下巷设异侯区名称1#坑透异侯区2#坑透异侯区3#坑透异侯区4#坑透异侯区陷落柱异侯区揭露（探测）位置(m)5203工作面01101202403504405204工作面090120240335435440485异侯区解译通过对已掘巷道揭露情况的分析，该异侯区可能为落差超过煤厚一半的断层或者隐伏陷落柱根据已知地质资料分析应为陷落柱X4根据已知地质资料分析应为陷落柱X6根据已知地质资料分析应为陷落柱X5-2表1坑透成果解译图1陷落柱探查钻孔设计示意图名称X6X4X5-2孔号1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#1#2#3#1#2#3#间隔距离(m)20152510倾角()44555-4-4-4-4-44.565-4-4-3.5孔深(m)8010011011090807065658595115100252525表2陷落柱探查钻孔设计参数计的1#5#钻孔作为主孔，上巷设计的6#10#钻孔作为辅助验证之用，探测时首先确定陷落柱存在位置，然后再圈定其发育边界。首先在5203工作面下巷施工3#探测孔，对X6陷落柱的直径和位置进行初步圈定，之后根据探测情况对其他探测钻孔参数进行调整，确定其发育边界。如果探测结果不能完全确定陷落柱的情况则在5203工作面上巷施工6#10#钻孔，并根据探测情况对钻孔参数进行调整。最终共针对X6陷落柱施工探查孔13个，8个为主要探查孔，5个为辅助探查孔，精确控制了陷落柱参数和相关性质。X5-2陷落柱在5302上巷掘进过程中所揭露，本次共施工探查钻孔6个，长度均较短，有效控制了陷落柱边界，如图2所示。X4陷落柱位于工作面最外侧，处于对老空水的担忧，其位置决定了工作面的最终停采位置。本次首先施工了1#孔确定其内边界，随后施工了2#和3#钻孔确定其直径和外边界，与预计位置和大小基本一致。物探和钻探相结合的手段准确地探查了3个陷落柱的相关参数，因此不需要进行巷探探查。本次施工的探查钻孔及陷落柱发育情况如图2所示。2.3探查成果分析本次首先通过以往地质资料分析和坑透勘探确定1562023年第2期西部探矿工程了陷落柱的大概位置，根据陷落柱X6探测钻孔施工和排渣情况确定该陷落柱不含水、不导水，裂隙面填充物以泥岩为主，其次为砂岩、灰岩，对工作面安全回采影响不大。由图2可知，这3个陷落柱在工作面内发育面积均较小。2.4陷落柱通过方案通过物探和钻探准确地探测3个陷落柱的位置，结合钻探情况和地质条件分析X5-2和X6陷落柱对工作面回采影响不大，可以强行通过。因此本次将原设计停采线后移210m，新停采线设计以不揭露X4陷落柱为宜。通过对停采线的优化，增加工作面可采储量12104t。3探采对比工作面回采后完全通过了X6和X5-2陷落柱，其中X5-2陷落柱由于在巷道中直接揭露，所以与探测情况基本吻合，而X6陷落柱与探测位置相差约3m，主要是由于该陷落柱距离探测位置有一定距离，钻孔探查具有一定的偏差，再加上所排岩粉辨识困难也造成了一定干扰，但整体的探测精度满足要求。陷落柱探采对比图如图3所示。图2陷落柱探查成果图图3陷落柱探采对比图4结语陷落柱会对矿井的安全高效生产带来较大的威胁，特别是导水陷落柱，有可能发生大规模的突水。本次通过物探、钻探、巷探对5302工作面陷落柱开展综合探查，精确定位了陷落柱，同时确定了陷落柱的性质和其他参数，对陷落柱进行定性和定量分析，并以此为依据调整了工作面停采线位置，使工作面走向长度增加210m，储量增加12104t，保证了工作面安全生产的同时，大大提高了工作面回采效益。事实证明，通过综合手段可对工作面陷落柱进行精确探查并指导工作面生产，该技术可在相似条件工作面进行推广。参考文献：1啜晓宇,滕吉文.强导(含)水隐伏陷落柱底板突水机理研究J.地球物理学报,2017,60(1):430-440.2翟新献,李林,涂兴子,等.陷落柱和采深对综采工作面瓦斯涌出的影响J.煤炭技术,2018,37(12):115-118.3李聪.工作面过陷落柱软弱顶板加固技术研究J.山东煤炭科技,2020(11):29-31.4金明方,申青春,谢伟.钻探与物探相结合判断大中型断层属性研究J.煤炭工程,2013,45(10):100-101,105.5贾坚.无线电波坑透技术在矿井中的研究与应用J.山西煤炭管理干部学院学报,2016,29(3):55-57.157