综合地质勘探方法在麻家梁矿的应用

李晓旭 刘永芳

0 引言

同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司是一座千万吨大型矿井，工作面采用走向长壁大型机械化采煤方法。14204工作面为二采区正在掘进工作面，顺槽长度为2 900 m，切巷长度234.5 m，将作为14202回采工作面接替面。14204切巷在掘进至170 m时揭露一条走向近180°，落差10米正断层，该断层对切巷的掘进及以后工作面回采影响较大，为了保证工作面的正常掘进及回采接替，采用多种地质勘探手段对该断层影响区域进行探查，确定断层延伸发展情况，结合14204已掘切巷揭露断层情况，综合分析利蔽，在保证多采煤，减少煤量损失情况下，最终确定新开切眼布置方案，确保工作面的正常圈定，实现资源利用最大化。

针对本次地质工作中遇到的实际情况，研究通过重新分析核实已有三维地震勘探资料，开展反射波槽波勘探，在结合物探勘探成果后，进行了千米定向钻机和小钻机勘探验证，采用多种勘探手段对地质条件复杂区域进行了全面探查，确保地质资料准确无误。

1 三维地震资料分析

三维地震勘探方法是在地面上按照设计要求布置条测线(两组测线相互垂直)，沿测线进行地震勘探施工，依靠震源，采用面线接受方式采集地下地层反射回地面的地震波信息，经过计算机处理后得到三维数据体，可根据工作需要提取地质信息。三维地震勘探可在复杂的地质结构条件下应用，可确定小幅度、小范围或难定的构造；可以解决精确的三维地下地质模型；可在地表条件使二维技术难以施展的地区应用。

14204切巷在掘进中揭露落差10米断层后，对前期在本区域进行的地面三维地震资料进行复核分析，通过研究，基本确定所研究区域内断层走向及延伸发展情况，得出断层向北延伸落差是逐渐变小，由于三维地震在实践中存在局限性，在勘探任务中，落差5米以下断层判断准确度较低，平面位置误差范围是±15米，另一方面由于存在地震信息的缺失，所观测系统搜集到的信息难以有效显示落差较小的断层，同时由于信息解释的不准确，会导致所勘探成果准确性较差，影响物探工作的科学性和可靠性，因此前期三维地震勘探作为一种间接的勘探方法，无法满足本次需要，因此在井下巷道进行了巷道反射波槽波勘探做进一步探查。

2 反射波槽波探测

反射波槽波探测是利用导波在煤层中激发、传播、反射波接收来探查煤层连续性的一种物探方法，具有精度高、距离远、抗干扰能力强、波形易识别待优点，广泛应用于井下探测地质不连续体构造。

为了进一步探明14204工作面断层走向及延展长度，开展本次反射波槽波探测。炮点布置于14204辅运顺槽，间距设定为10米，由切眼向主巷道方向一侧共延展800 m，如图1所示的红色圆形。检波点布置于切巷和辅运顺槽，间距也为10 m，如图1所示蓝色三角形。由切眼向主巷道方向一侧共延展800 m，炮点和检波点重合，施工时，由大巷一侧向切巷方向施工，以胶带顺槽一侧已掘成的150 m巷道的槽波反射作为对比段。在本次槽波勘探时，所获得的原始槽波记录的质量较高，可以用来进行反射槽波勘探的资料处理和解释。

图1 反射槽波探测炮检点布置示意

图2 工作面槽波成像剖面解释成果

数据解释：对于反射槽波勘探来说，其对断层落差的分辨率一般是煤层厚度的1/3～1/2。由于14204工作面中的煤层厚度约为10 m，在槽波成像剖面中，可以识别反射槽波同相轴的断层对应落差应大于3 m。如果断层落差小于3 m，在槽波成像剖面中基本无法识别出反射同向轴。如果断层距观测点的距离相同，则反射槽波同相轴越强，其所对应的断层落差越大。但如果断层距离观测点的距离不同，同等落差断层所对应反射槽波同相轴的强度将不同。距离观测点越近，反射槽波同相轴的强度越大，同相轴的信噪比越高；反之，反射槽波同相轴的强度越小，同相轴的信噪比越低。根据这一原则，可以确定断层落差。由于本次反射槽波的观测点全部布置辅运顺槽之中，因此以辅运顺槽为基准确定断层落差，本次探查共探测出4条断层，断层落差均介于3～10 m之间，解释结果如图2。

矿井工作面反射槽波勘探作为井下物探方法的一种，具有所有物探方法的共同特点，即勘探成果的间接性和多解性，由于反射槽波勘探的原理是记录断层面反射回来槽波，而不观测本身；另外，反射槽波只有当断层和煤弹性属差异较大时才能产生。因此，所获得的槽波成像剖面是间接成果，而不是直接成果，不可避免地和实际情况间存在一定差异。需要进行钻探进一步验证。

3 千米定向钻机及150小钻机进行钻探验证

千米定向钻机是通过计算机控制钻头进行导向和探测的一种探测方法，可实现人为控制轨迹，广泛应用于矿山、油气等需要可控轨迹、精度要求高的工程，可实现构造探查、油气抽采、疏水注浆等目的，具有精度高，靶向性好，定向钻孔层位准、距离长，整机转场灵活，操作简单可靠，自动化程度高，施工速度快等优点，施工成本相对较高。150小钻机则采用较为简单的钻探探测方法，成本低、速度快、钻探距离短、应用广泛，可实现简单的构造探查、物探验证工作，可对小范围实现精准探测。

由于以上物探方法上的局限性，无法准确确定断层发展情况，固对前述物探成果进行钻探验证。由于150钻机无法满足钻探精度要求，先期采用千米定向钻机于14204辅运巷进行勘探，后期于14204胶带巷进行小钻机钻探验证。如图3所示。

图3 钻探布置

千米钻机钻探：于14204辅运顺槽切眼退后245米处进行钻探，钻探深度209米，沿切巷方向向工作钻探。

图4 14204辅运巷千米定向钻机探测示意剖面

经千米钻机探查后，经分析得出，钻探路径内煤层产状无大起伏，钻至173米处落差6米断层，断层两盘煤层顶板有明显落差，综合考虑，工作面内在煤层稳定前提下，存在落差6米左右断层，定为CF2断层落差（见图4）。考虑到成本，本区域仅施工一个千米钻孔，无法准确断定断层延伸情况。经分析CF1断层距14204胶带巷较近，采用150小型钻机对该断层进行进一步探查。

150钻机钻探：于14204胶带巷向工作面布置5组钻孔，方位角为135°，钻孔深度90米，钻探结果显示，钻探范围内无断层迹像，基本确定钻探范围内无大断层构造。

综合考虑以上所有勘探成果，结合14204胶带顺槽掘进过程中于2 488米左帮揭露落差5米断层（根据巷道揭露向南延伸落差最大7米，遇计向南延伸落差有增大可能性）,定义该断层为CF4断层。考虑到当前回采工艺，结合本区域内断层探查的结果，综合考虑后，最终将切眼布置于2 505米处，掘进情况图5所示。

图5 14204切巷剖面示意

4 结语

根据切巷掘进情况分析，前期所做勘探为掘进方案提供了较为准确的地质资料，保证了掘进的正常进行，同时，切巷合理的掘进方案，减少断层对掘进的影响，将今后对工作面回采影响降到最低，成功确保工作面的正常衔接和降低了损失煤量。总体来看，在采用较为合理掘进方案的情况下，将生产损失降到最低，节约生产时间和经济成本，避免了更大的损失和浪费。在针对地质构造条件复杂或地质情况不明的区域时，采用多种勘探手段对异常区域进行了全面探查，实现多种手段优势互补，可以在实践应用中相互验证，提高准确性，本着物探先行，钻探验证的原则，采用千米钻机及小钻机弥补物探的不足，在实际工作中，单一的勘探手段很难达到理想的探测效果，需要结合已有勘探成果以及综合运用其他手段方可达到比较理性的效果。

[1]李延贵.浅谈综合地质勘探方法在地质勘探中的应用[J/OL].世界有色金属,2017(19):171-172.

[2]廉洁,李松营,等.槽波地震勘探技术在义马矿区的应用[J].煤炭科学技术,2015,43(12):162-165.