小窑区呆滞煤量综合探查技术的研究与应用

白玉峰

（同煤集团 云岗矿，山西 大同 037017）

1 概述

云岗矿已开采40多年，随着前些年开采规模的扩大，资源接近枯竭，采掘严重失调。在80、90年代，井田内及周边存在36座小窑，目前除少数整合，大多数均已关闭。当时煤价暴涨，小窑区越层越界现象严重，开采布局极不合理，采煤方法落后，回采率极低，造成大量资源浪费，小井关闭后留下许多呆滞煤量。如何在小窑区寻找煤炭资源且二次开拓呆滞煤量，关系到缓解衔接紧张局面，延续矿井服务年限。资源开拓前提条件就是进行水文地质探查，而采用全覆盖立体式网络综合探查技术是小窑边区资源回收的有效途径和技术保障。

2 矿井311盘区状况

311盘区西部，地表平坦，构造不发育，煤层结构简单，赋存稳定，可采煤层共四层，上覆7#、8#煤层本矿已分别于2005、2010年盘区开采结束；11-1#、11-2#煤层在本区属于近距离煤层合并区，分别于2005年、2010年开采，至今已将结束；其北部和西部临近城区解放煤矿和新荣区上深涧煤矿，两座煤矿均于2009年资源整合关闭，后被中煤整合重组，退出关闭，整合前两煤矿袭夺资源，均越层越界该矿11#煤层。据访查图纸资料显示，上深涧矿有两条盘区巷伸进该矿并穿过郭家坡村保护煤柱，直插该矿311盘区，具体破坏程度不详，存在安全隐患并严重影响着该矿的311盘区工作面衔接接替。同时，根据两矿提供的原始地质资料和年产量与开采年限推算，两矿破坏造成的呆滞煤量估算如下：解放煤矿预计3.0 Mt，上深涧煤矿预计2.0 Mt，具有可观的回收价值。

3 综合地质勘探方法的应用

矿产开采离不开地质勘探，各类勘探方法功能不同，其应用范围也存在一定的局限性，单一的勘探技术无法获得全面的地质信息，只有将各项勘探手段有机结合，从立体交叉上对目标进行全面覆盖，才能提供科学可靠的地质信息，图1为全覆盖立体式综合探查技术流程图。

3.1 点状层间垂向勘探

基于小窑关闭后采掘范围初步控制，为11#煤层开拓提供了小窑较为准确的采掘现状，在利用现有访查图纸资料，充分考虑小窑开采方法、布置方式、房柱跨度等因素后，在8#层掘进时对应下伏11#煤层进行了点状层间补充勘探。，在2005～2008年期间共施工了地质钻孔78个，共发现两处为11-2#煤层探空区域，后在探空区域进行加密搜索探钻，补充了20个，其中17个均为11-2#煤层探空，经分析初步确定北部距311巷600m以外为小窑采空区，90～110 m范围为两小窑盘区巷，为后期开拓部署、工作面设计提供了依据。

3.2 线状超前多角度钻探

在初步确定小窑范围的基础上，我矿在311西部上述两层煤共设计了六个工作面，由于近距离煤层，层间距0.2～3.0m，先掘进11-1#煤层工作面，掘进时在同层有掘必探的基础上，增加向下伏11-2#煤层进行超前探钻，同时采取多方位、多角度、对拉式探钻，探钻孔数1100个，钻探进尺50000 m。在11-1#煤层81123工作面探测中发现90～450m下伏11-2#煤层两条小窑空巷和一个小型采空区与东西向盘区相连；在51121对小窑盘区巷施工了同层探放，放水量3500m3，消除了81123工作面水患；在51125掘进通过侧向下伏探测，发现距巷西部3～8 m下伏11-2#煤层存在小窑破坏区，215～230 m两条盘区巷道末端伸进51125巷1m。311西部多角度钻孔施工成果及小窑推测现状见下页图2。

3.3 面状井上下物探

地表物探：由于小窑破坏情况的复杂性和不确定性，遵循“物探先行、钻探验证”的综合探测手段，云岗矿在2014年与中国煤炭总局合作，在地表采用先进的瞬变电磁法对311盘区西部7#、8#、11-1#、11-2#煤层进行了面状物探，通过对采集数据和平面切图综合分析，由于小窑破坏区、采空区煤岩层原始应力平衡遭破坏，顶板岩层断裂、破碎、沉陷、冒落程度不同，电阻率变化范围较大，且呈次高阻反映，采空区强充水区呈高阻反映，与正常煤岩层间存在着明显的电磁差异。本次物探发现1个8#煤层采空区、1个8#煤层采空积水区、2个11#煤层采空区，为云岗矿下一步超前钻探和采空积水探放起到了指导性作用，然后对应物探采空区区域向8#层施工了4个探放水孔，通孔无水，消除了水患。

井下物探：考虑到81123工作面90～110m揭露两条小窑盘区巷并与顺槽巷道垂直，向北可能存在延伸，采用了TEMJF50矿用隔爆兼本安型瞬变电磁仪，在51123巷西帮进行了侧向下伏物探，结果发现90～450 m范围存在低阻异常区，后经过81123工作面顺槽对拉式探钻得到了证实。图3为瞬变电磁仪测得的井下物探图。

通过在小窑边区采取水文地质资料分析、小窑访查资料分析、点状层间垂向勘探、线状超前多角度钻探、面状井上下物探，使巷道安全通过小窑空巷、避开大型采空区，顺利圈出工作面。然后，矿召开会议，制定专项过巷和通风措施，通过调整采煤工艺、变更支护方式、巷道空区充填、构筑通风设施等举措，成功开采了11-1#煤层81121、81123、81125工作面（目前距停采线90m）和11-2#煤层81121工作面，回收煤炭资源1.2 Mt。

4 创新点及社会经济、效益

图2 311西部多角度钻孔施工成果及小窑推测现状

图3 51123巷道西帮井下物探成果

该项技术通过在小窑边区水文地质条件、充水因素、破坏现状调查分析，然后按照“层间垂向勘探”—“地表瞬变物探”—“超前钻探”验证—“井下超前物探”—顺槽对拉式钻探验证—施工井下放水孔的综合探查程序，采取“点、线、面”有机结合的全覆盖立体式网络综合探查技术，使工作面在开拓期间避开大型采空区、安全通过小窑空巷，顺利圈出工作面，为近距离煤层小窑区呆滞煤量的资源回收，提供了地质保障和技术支持。

4.1 社会效益

（1）针对“跑马圈地”资源袭夺型的关闭小窑，应用全覆盖立体式网络综合探查技术，更能精准控制关闭前的采掘现状、破坏程度、积水积气情况，为小窑区资源二次回收、开拓合理部署提供可靠的资料和技术决策。

（2）“点、线、面”有机结合的全覆盖立体式网络综合探查技术，其覆盖面广、采空区分辨率高、探测富有针对性、盲区小、施工工序简化、探钻工程量小。

（3）通过该技术探查后，能够提前制定专项过巷和通风措施，调整采煤工艺、变更支护方式、进行巷道空区充填、构筑通风设施等工作，为下一步安全生产奠定了基础。

4.2 经济效益

（1）该技术应用后，延长了矿井服务年限，已复采了小窑区呆滞煤炭资源量1.2 Mt，按目前煤炭价格650元/吨，利润300元/吨，可创造纯利润3.6亿元。

（2）采用该综合探查技术后，使钻探和探放水工作“有的放矢”，可减少钻孔数300个，钻探进尺16000m，节约资金160万元。

（3）该技术的应用，重点体现在保证了安全生产，其带来的安全经济效益无法计算。

5 结语

云冈矿全覆盖立体式网络综合探查技术，使钻探和探放水工作做到“有的放矢”，缩小盲区，简化工序、减少钻探工程量，且对资源袭夺型小窑区呆滞煤量赋存状况控制准确、空区分辨率强、安全系数高，为矿井资源回收，可持续发展奠定了基础。通过在云冈矿311盘区西部三个工作面试验成功，证明了全覆盖立体式网络综合探查技术在小窑区开拓呆滞煤量技术是先进、安全、科学、可行的，对类似条件下云冈矿410盘区西部小窑边区安全生产有一定的借鉴、应用价值；同时该技术在煤矿周边小窑破坏严重、水文条件复杂，煤炭资源枯竭型的矿井边角煤二次复采有很大的应用空间，值得煤矿系统在资源回收工作中借鉴和推广。