综放工作面煤厚异常区综合协同探测精准控制技术.pdf

2023 年 8 月Aug.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.04.026综放工作面煤厚异常区综合协同探测精准控制技术（河南能源集团鹤煤六矿，河南 鹤壁 458000）摘要 为精准查明鹤煤六矿 2125 综放工作面特厚煤层及分叉带煤厚分布、发育范围、特厚煤层与分叉带分界线和分叉带边界线等详细参数，从物探和钻探角度出发，利用无线电坑透、槽波勘探及钻探验证手段，开展综合协同探测精准控制技术研究。结果表明：坑透和槽波勘探技术可以初步圈定煤厚异常区范围；针对煤厚异常区的钻探技术进一步验证了异常区精准参数；最终通过综合协同探测精准控制技术可以对综放面煤厚异常区进行准确预测预报，为采面安全回采提供了地质保障和可靠依据。关键词 综放工作面；煤厚异常区；综合协同探测；精准控制中图分类号P631文献标识码B文章编号1672蛳 9943（2023）04蛳 0085蛳 030引言随着煤矿采深持续加深、工艺不断提速、采高日益加大，大多数煤矿面临地质构造复杂的严峻形势，尤其是煤厚异常区灾害治理更是被视为不易攻克的难题咱员原猿暂。因此，做到对工作面煤厚异常区精准控制详查尽查至关重要。目前，工作面煤厚探测主要有坑透咱源原远暂、槽波地震咱苑原怨暂和钻探等手段。坑透传距近，分辨率差，抗干扰能力弱；槽波传距远，抗干扰能力强，分辨率高，但只可圈定构造大致范围，对构造无法定性；钻探对于大面积工作面无针对性，成本高、费时长。本文结合以上 3 种手段特点，以鹤煤六矿2125 工作面特厚煤层及分叉带探测为例，结合工作面实际，采用 3 种手段综合协同探测，精准控制查清了 2125 工作面内部的煤层厚度、特厚煤层及分叉带发育范围、特厚煤层与分叉带分界线和分叉带边界线等参数，为工作面瓦斯治理和回采提供准确和可靠依据。1工作面概况鹤煤六矿 2125 工作面位于 212 采区中部，走向长约 670 m，倾向长约 150 m，面积 101 158.6 m2，可采储量 121.08 万 t。工作面开采山西组二1煤，煤层厚度 0.423 m，平均 9.1 m。煤层赋存较稳定，煤层结构简单，局部存在煤层分叉现象。该工作面整体为一单斜构造，煤岩层倾角 18毅。2125 下顺槽沿煤层顶板由北向南掘进，当掘进至3110 测点时，煤层顶板出现异常，不见煤层顶板，经多轮超前钻探，实钻分析得出：沿下顺槽方向煤层在 3114 测点处向北出现分叉，分叉带长度约 50 m，向南为特厚煤带（煤厚15 m），最厚 23 m，走向长度约 35 m，特厚煤区及分叉带累计走向长度约 85 m。在 2125 工作面内部，特厚煤带（煤厚15 m）走向上延伸约 71 m，倾向上延伸 50 m，煤层厚度 1523 m；分叉带走向上延伸约 70 m，倾向上延伸约 23 m，分叉煤层距主煤层距离 016 m，分叉带发育宽度约026 m。2125 工作面平面布置如图 1 所示。图 12125 工作面平面布置2125 下顺槽2125 上顺槽薄煤带夹矸能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4852023 年 8 月Aug.,2023张卫华，等综放工作面煤厚异常区综合协同探测精准控制技术2无线电坑透探测2.1探测设备及方法（1）探测仪器和探测频率。采用 YDT88 型无线电波透视仪，探测频率选用穿透距离能够满足本工作面精度要求的 365 kHz 频率。（2）探测方法。坑透期间采用 1 发 1 收的工作模式，探测方法采用定点扫描法进行探测，发射机相对固定，接收机在另一巷道一定范围内逐点接收场强值的一种工作方法。2125 工作面无线电坑透共布置 132 个测点（上下顺槽各 66 个），24 个发射点（上下顺槽各 12 个），每 10 m 为 1 个接收点，每 50 m 为 1 个发射点。上下顺槽起点为切眼处。探测时，每个发射点发射和接收时间均为 5 min；换发射点（搬站）时间为 1 min。每个发射点工作循环为6 min。2.2探测结果分析根据实测场强分布特征和岩石吸收系数 CT 成像图综合分析，共划定 2 个透视异常区：1#异常区位于切眼往外 300400 m 范围；2#异常区位于切眼往外 600 m 处。结合成果图及地质资料初步推断：1#、2#异常区可能为煤厚变化带，如图 2 所示。图 22125 工作面煤厚异常区坑透探测结果3槽波勘探探测3.1槽波勘探设计及方法本次勘探采用槽波地震透射法，测区上顺槽长约 500 m，下顺槽长 520 m。检波器孔设计在下顺槽，炮孔设计在上顺槽。检波器孔：布置在下巷内帮，共设计 30 个检波器孔，孔间距 18 m，孔深 2 m，孔径 55 mm。炮孔：布置在 2125 上顺槽内帮，共设计 51 个炮孔，孔间距 10 m，孔径 42 mm。单个炮孔装药200 g，使用 1 段雷管引爆，炮泥封孔长度不小于600 mm。其中炮孔的终孔位置尽量靠近煤层中间即可。3.2探测结果分析根据槽波速度分布，结合工作面揭露煤厚信息，沿 850 m/s 速度等值线绘制 1 条煤厚变化趋势分界线，将工作面分为 1#、2#区域。其中，1#区域煤厚整体大于 2#区域，一般煤厚 9 m 以上；上顺槽自停采线向里 92215 m 范围发育的特厚煤层区域向工作面内部延伸约 80 m。如图 3 所示。图 32125 工作面煤厚异常区槽波探测示意4钻探探测4.1探测设计为了进一步探清特厚煤层及分叉带的范围和边缘，采用 2125 上底抽巷和北翼二水平专用回风巷双巷并行施工。2125 上底抽巷布置 6 个钻场、38 个钻孔，垂直 2125 上底抽巷与巷道两帮呈扇形布置。北翼二水平专用回风巷布置 4 个钻场、24 个孔，钻孔方位分别以与北翼二水平专用回风巷中线的夹角、垂直北翼二水平专用回风巷与巷道两帮呈2125 下顺槽薄煤带夹矸2125 上顺槽2#异常区2125 下顺槽2125 上顺槽1#2#862023 年 8 月Aug.,2023扇形布置。钻探施工采用 2 台 ZYWL-4500 型矿用履带式全液压钻机及扶正器，并配有 YSZ11.1 矿用随钻轨迹测量装置对超过 1/3 以上的长钻孔进行轨迹测量。4.2特厚煤层及分叉带探测结果在 2125 上底抽巷施工探测钻孔共 6 个钻场、35 个孔，总工程量 1 797.14 m。其中，成孔 25 个；因瓦斯大、喷孔、卡钻、夹钻等原因未成孔 10 个；经分析不需施工钻孔 4 个。在北翼二水平专用回风巷施工探测钻孔共 4 个钻场、24 个孔，总工程量1 278.93 m。其中，成孔 24 个。4.3探测结果分析根据钻孔见煤岩情况、瓦斯异常情况等钻探数据上图分析，绘制了 2125 工作面内部特厚煤层及分叉带区域煤层厚度等值线，圈定了 2125 工作面内部特厚煤层及分叉带发育范围和分界线。具体情况如下：特厚煤层及分叉带分界线：分界线341.6毅334.7毅，在 2125 工作面内部延伸长度约120.3 m；特厚煤层（煤厚15 m）：走向上延伸约157 m，倾向上延伸约 66.3 m，煤层厚度 1524 m，分布在特厚煤层及分叉带分界线以东区域，且厚度分布不均；分叉带：走向上延伸 119 m，倾向上延伸37.2 m，分叉煤距主煤层距离 016.3 m，分叉带宽度022 m；探测前后对比：发现特厚煤层及分叉带发育范围探测后较探测前在 2125 工作面内部延伸方向不变，延伸范围明显扩大；根据施工过程中钻孔瓦斯大、喷孔、卡钻等瓦斯动力现象分析，特厚煤层及分叉带区域煤层瓦斯含量和压力较大，且越靠近特厚煤层及分叉带中心区域，瓦斯含量和压力越大。特厚煤层及分叉带具体发育情况如图 4 所示。图 42125 工作面煤厚异常区钻探结果5结论（1）根据无线电坑透、槽波勘探和钻探探测对特厚煤层及分叉带的精准探测及分析，绘制了2125 工作面内部特厚煤层及分叉带区域煤层厚度等值线，圈定了 2125 工作面内部特厚煤层及分叉带发育范围和分界线。（2）特厚煤层及分叉带探测结果为今后瓦斯治理奠定了基础资料，建议在特厚煤层及分叉带加密设计和施工抽放钻孔，控制特厚煤层及分叉带的抽放钻孔主要布设在北翼二水平专用回风巷，以避免在 2125 上底抽巷施工远距离钻孔造成钻孔见煤较长、无法穿透煤层形成抽采空白带等现象。参考文献1王正伟.厚及特厚煤层综放面浅孔卸压综合抽放技术 J.能源与环保，2018，40（7）：54-57.2王惠风，王正伟，张海权，等.单一低透气性煤层顶分层采面卸压抽采技术研究 J.煤炭工程，2012（11）：43-45.3王正伟.单一低透气性厚煤层煤揭岩综合防突技术研究 J.能源技术与管理，2020，45（5）：39-41.4梁庆华，马晓莉，宋劲，等.复杂地质构造煤层坑道透视探测研究 J.矿业安全与环保，2010，37（1）：15-17.5张磊.复杂地质条件下回采工作面隐伏构造长距离探测 J.矿业安全与环保，2012，39（4）：71-73.6王均双，薄夫利，马冲.坑透 CT 成像技术在工作面地质构造探测中的应用 J.煤炭科学技术，2008（10）：93-96.7李江华，廉玉广，窦文武，等.槽波地震反射法探测地质构造应用研究 J.煤炭科学技术，2019，47（12）：201-206.8刘胜.大同煤田地质构造综合探测技术应用 J.中国煤田地质，2005（1）：47-48.9宋保陵，满立新，刘献科，等.基于槽波的煤矿地质构造超前探测技术研究 J.能源与环保，2017，39（8）：87-91.作者简介张卫华（1977-），男，工程师，毕业于河南理工大学采矿工程专业，长期从事矿井技术管理工作。收稿日期：2022-08-232125 下顺槽2125 上顺槽薄煤带夹矸能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.487