近距离煤层厚度及层间距探测研究

刘轩宇武俊峰

（1.霍州煤电集团三交河煤矿 山西霍州031400；2.霍州煤电集团技术研究院 山西霍州031400）

三交河矿目前开采2#、10#煤层，下一步计划开采11#煤层。10#煤层厚度0 m～4.0 m，平均1.22 m，煤厚变异系数68%，为不稳定的局部可采煤层。根据矿井生产地质报告11#煤层厚度0.11 m～4.79 m，平均2.76 m，煤厚变异系数27%，为较稳定可采煤层[1]。为进一步探查11#煤层赋存情况，矿井在10-201工作面采用探地雷达、钻探、窥视手段，探查11#煤层厚度及与10#煤层的层间距情况。

1 工作面概况

三交河矿10-201工作面位于下组煤系统巷南翼，北部紧邻下组煤系统巷，西部为正在掘进的10-203工作面，东部为实体煤。工作面顺槽长度1 770 m，切巷长度230 m。顶板含水层主要为太原组灰岩含水层，掘进期间已基本疏放完毕对回采影响较小。工作面掘进期间揭露大于煤层厚度断层1条，小于煤层厚度断层3条，预计对回采有一定影响。10-201工作面基本情况示意见图1。

图1 10-201工作面基本情况示意图

工作面煤层厚度1.5 m～2.5 m，平均2.3 m，中部含一层夹矸。根据矿井生产地质报告10#煤层距11#煤层层间距0.9 m～13 m，煤层及顶底板综合柱状见图2。

图2 10-201工作面煤层及顶底板综合柱状图

为准确探测工作面下部11#煤层厚度及与10#煤层的层间距情况，矿井在10-201工作面两顺槽开展了探地雷达、钻探、窥视探测。

2 探地雷达探测

10-2012巷底板全部硬化，对探地雷达探测效果有较大影响，因此重点在10-2011巷开展探地雷达探测。采用KJH防爆探地雷达分6站，从里向外对10-2011巷1 770 m巷道进行探测，前5站每站300 m，第6站270 m。探测波速选取煤层探测波速0.18 m/ns，天线步距选取1.0 m，时域选择800 ns，底板深度间隔设置为8.0 m。探测点布置见图1，探测成果见图3。

图3探地雷达探测成果图

探地雷达主要依靠目标体与周围介质之间的电性参数差异，来区分不同的介质和目标体。但本次探测在深度0 m～16 m范围内数据无明显变化，无法有效分辨11#煤层及与10#煤层层间距情况，仍需进一步施工钻探孔，探查11#煤层赋存情况。

3 钻探及窥视探测

在工作面两顺槽内间隔80 m设计底板探测钻孔，采用气动架柱式ZQJ-150/3.8S钻机进行垂直探测，钻杆直径33.5 mm，钻头直径43.5 mm。如钻孔未探测到11#煤层，则探测深度不低于13 m，以免漏失煤层；如钻孔探测到11#煤层，则探至11#煤层底板往下1 m终孔；对11#煤层厚度及层间距不稳定区域加密探测钻孔[2]。

按照以上原则在工作面正副巷施工了22、23个探测钻孔。该气动架柱式钻机无法取芯，仅能依靠钻孔反渣大致判断煤岩情况。为进一步了解孔内岩芯情况，采用YCJ90/360型窥视设备对钻孔进行了窥视，但退钻后孔内积水浑浊且浮渣无法有效排出，严重影响窥视效果，未能达到分辨煤岩层的目的。本次探测成果主要依据钻孔反渣情况判断11#煤层位置及厚度。探测钻孔揭露煤层情况见表1、表2。

表1 10-2011巷探测钻孔成果表

表2 10-2012巷探测钻孔成果表

从表中可知A1～A8、B1～B14钻孔未探测到11#煤层，A9～A22、B15～B23钻孔揭露11#煤层，煤层厚度0.3 m～3.7 m，平均2.83 m。与10#煤层层间距2.0 m～12.3 m，且往切巷方向与10#煤层层间距逐步减小。

另外采用煤矿地质工作规定煤层稳定性评价指标对该区域11#煤层稳定性进行了定量评定[3]，主辅指标对照见表3。

表3评价煤层稳定性主、辅指标对照表

煤层可采性指数Km计算方法：

式中：Km—煤层可采性指数；n—参与煤层厚度评价的见煤点总数，此处为23；n′—煤层厚度大于或等于可采厚度的见煤点数，可采厚度取1.2 m，为22个点。

代入公式，计算煤层可采性指数为0.956。

煤厚变异系数γ计算公式，

式中：γ—煤厚变异系数；

M1—每个见煤点的实测煤层厚度，m；—煤矿（或分区）的平均煤层厚度，取2.79 m；

n—参与评价的见煤点数，此处为23个点；

S—均方差值，m。

根据公式得该区域11#煤层煤厚变异系数为23%。

本次探测煤层厚度在0.3 m～3.7 m，按照中厚煤层评定标准，Km≥0.95，γ≤25%，因此判断该区域11#煤层为稳定煤层。

4 结论

利用探地雷达、钻探、窥视手段，查明了10-201工作面正巷800 m往里、副巷1 120 m往里11#煤层稳定可采，与10#煤层的层间距在2.0 m～12.3 m，且往切巷方向与10#煤层的层间距逐步减小。为下一步11#煤层回采工作面布置提供了准确的地质资料。该探测方法对同类矿井近距离煤层厚度及层间距探测具有较大的借鉴指导意义。