浅谈王庄煤矿矿井地质异常体的探测

汪余超

(潞安环能股份公司 王庄煤矿，山西 长治 046031)

煤炭的形成和分布受到地质构造控制，煤层赋存条件因所处地质构造的不同复杂各异，所呈现的物性多变，矿井地质条件及赋存地质异常，对矿井设计，以及煤炭资源开采和矿井水害防治，具有重要影响[1,2]。《煤矿安全规程》中明确规定，为了保证煤矿的安全高效生产，必须对矿井地质条件进行普查，对矿井生产范围内的地质异常类型及空间分布进行查明[3]。王庄煤矿地处潞安矿区中部东缘，是一座特大型安全高效现代化矿井，主采二叠系山西组3号煤层，年生产能力710万t/a，矿井地质构造处于太行山新华夏系一级隆起之上的二级构造带，以宽缓的向、背斜为主，断裂构造位于南北边界，区域地层平缓，倾角为3～7°，煤层地质结构复杂多变，断层、陷落柱、岩层导含水带等异常发育。为了保证王庄煤矿的安全高效生产，必须采用合理的综合探测技术对矿井地质异常区进行探测，及时掌握地质异常的区域位置及空间特征[4-5]。

1 矿井常用地质探测方法

我国煤矿防治水坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的基本原则，在地质异常探测中遵循“物探先行、钻探验证”的基本思路，顾名思义，煤炭矿井地质探测手段主要分为物探和钻探两个大类。 物探方法是基于不同地质构造存在的不同物体特性，对地质异常体进行数据采集、处理和规律分析，从而实现对地质异常体的解译。但目前还没有哪一种物探方法能够对地质异常体进行精确探测，物探结果只能划定为地质异常体疑似区域，为了确定地质异常体的真正存在以及准确空间特性，必须对物探疑似结果进行钻探验证。

目前，我国常用的矿井地质物探方法有10余种，按照场源特征划分可以分为电法类、电磁法类和地震类，按探测对象划分为结构构造异常探测和电(磁)异常探测，物探方法基于的地质体物理特征决定了该方法的适用条件和适用范围，见表1[5]。不同的物探手段都具有其独特优势，同时也具有不同缺点，仅靠单一的物探手段对地质异常体进行探测具有局限性，并且目前还没有一种物理方法能够对地质异常体的力学性质、含水性等进行准确探测。所以在选择物探方法时，应当对探测对象的物性条件、埋深等进行深入分析，选取最为适宜的两种、或者多种物探手段对探测对象进行综合探测。王庄煤矿最为常用的物探手段主要有瞬变电磁法、音频电透视法、无线电波透视法、三维地震勘探和槽波勘探。

表1 常用矿井物探方法及适用范围[5]

2 王庄煤矿矿井地质异常探测实例

王庄煤矿矿井地质异常体探测和揭露，都是采用综合探测手段，即“物探方法+钻探”，或者“物探方法1+物探方法2+钻探”等综合模式，物探和钻探方法各自具有自身优缺点，物探手段能够快速确定矿井内的地质异常体的疑似区域，但不能准确探测地质异常体是否存在，以及地质异常体的具体空间特征，钻探手段虽然能够对地质异常体的空间分布及特征进行准确探测，但钻探的实施比较盲目性，效率较低，两者必须有效结合，才能对矿井地质异常体进行准确快速探测和解译。王庄煤矿早在1989-1991年在52采区进行了二维水文地震勘探及电法勘探工作，并且在2000年后进行了井田范围内的三维地震勘探工作，完成了井田范围内的三维地震勘探报告，并且从1991年起，采用煤炭科学研究总院重庆分院研制的WKT系列无线电波坑道透视仪对5107、6103等20个工作面进行了坑道透视，并进行了钻探验证。2011年完成了王庄煤矿+540水平地面瞬变电磁勘探报告，完成物理点8 640余个，完成直流电测深物理点200余个。

1) 巷道掘进过程中的探测。采用了“三维地震勘探+钻探”综合探测方法。以8108工作面为例，三维地震勘探结果显示，在8108工作面风巷1 900～2 000 m处，左帮约30 m左右存在疑似陷落柱X17，为了探测该陷落柱是否存在及具体特征，对疑似区域进行钻探验证，探测结果显示，陷落柱X17具体位置处于8108风巷新风24号点前8.5 m，距离左帮30.6 m，陷落柱水平呈近圆形，长轴为72 m，方向与风巷成约46°夹角。

2) 顶底板水文地质情况探测。以7102工作面为例，为了探测水库承压开采区域内工作面顶板水文地质条件，调查顶板岩层的富水情况，对7102顶板以上110 m范围内进行了音频电透视探测，工作面运输巷布置发射点21个，回风巷布置发射点15个，每个发射点对应10～20个接收点，探测结果紧密结合了工作面的工程地质及水文地质条件，为7102工作面的安全生产起到了关键作用。

3) 工作面范围内的地质异常勘探。主要采用“无线电波透视法+钻探”或“槽波地震+钻探”的综合探测方法。本文以8103工作面为例，采用无线电波透视法对工作面巷道范围内810 m区域进行探测，控制面积214 800 m2，共计发射点33个，接收点363个。探测结果发现，8103工作面存在两个异常区，1号区域距离切眼位置150～350 m范围，2号区域位于350～550 m范围，推断可能发育有断层或小陷落柱等地质构造。通过钻探验证，得出350～500 m范围内存在断层F304，陷落柱DX12。

3 结 语

矿井地质异常体的存在，直接威胁到矿井安全生产，对矿井地质异常体进行探测和揭露，准确掌握异常体的空间分布位置及影响范围，对保证矿井安全生产具有重要意义。地质异常体的成功探测和揭露，主要在充分掌握地质异常体的物性条件、埋藏深度、所处区域地质条件等的基础上，采用合理综合的探测手段。王庄煤矿随着矿井采掘深度的不断延伸，煤层赋存地质条件也更为复杂多变，遵循“物探先行、钻探验证”的思路，按照自身完整的地质异常体探测方法，采用合理的综合探测手段对井田内的地质异常体进行了探测，对王庄煤矿的安全高效生产，以及矿井水害防治等具有重要作用，同时也为潞安井田范围内的地质异常体的探测和揭露提供了成功经验。