范家村煤矿疑似区域储量挖潜研究与应用

王新民

(内蒙古蒙泰集团有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

内蒙古鄂尔多斯煤炭资源丰富，但随着开发程度和开采强度的不断加大以及不同时期探查程度的不足，导致部分生产矿井开采范围收缩、煤炭资源减少，造成了井下开采布局不合理、矿井生产衔接紧张等问题。因此，加强对煤炭资源的保护和合理开发利用[1，2]，加大储量挖潜力度[3]，是煤炭企业可持续发展、增加效益的重要途经之一。目前，储量挖潜工作多开展于资源枯竭型矿井[4]，主要挖潜手段是对边角余煤块段及其它各类煤柱最大限度的回收。而对于疑似老窑区域，目前一般确定的范围都比较保守，即多数大于实际范围，采取的主要手段为留设防水、防火保护煤柱，不进行开采。通过分析蒙泰集团范家村煤矿资源现状，针对疑似区域、采用先进的勘测技术和科学的论证方法[5-15]，进而更准确的确定老窑的区域，既有利于井下采区与工作面布置的调整，更使储量挖潜工作取得可观的成果。用具体实例验证了储量挖潜工作的可行性，以期为矿井不同时期探查的疑似区域储量挖潜起到示范作用。

1 矿井概况

范家村煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区北郊东胜煤田万利矿区，行政区划隶属于鄂尔多斯市东胜区铜川镇管辖。矿区面积10.0276km2，开采方式为地下井工开采，采用长壁式综合机械化采煤法。矿井设计生产能力120万t/a，2012年9月，内蒙古自治区煤炭工业局核定矿井生产能力240万t/a。

2 矿井储量挖潜背景

范家村煤矿主要开采煤层为2-2中、4-1煤层，下组煤5-1及6-2中煤层相关手续正在办理中。矿井目前一水平2-2中煤层已回采完毕，4-1煤层只剩下北翼采区，由于建筑物、公路、河流等地表设施压煤较多，可采储量大幅减少，生产衔接十分紧张。因此，深入开展矿井储量挖潜，加大对矿井异常区域探查与资源回收力度，增加可采储量，延长矿井服务年限，对范家村煤矿生产衔接以及效益提升等极其重要。

原设计范家村煤矿2119工作面位于二水平北翼采区井田北边界，工作面设计推进长度1809m，工作面长度216.8m，平均采高4.0～5.4m，含1～2层夹矸。根据《范家村煤矿采空区综合探测报告》，井田东北角有一处高阻异常区，结论为疑似老窑采空区，面积约为13.2万m2，如图1所示。在报告认定的范围内，2119工作面因疑似老窑区的影响，将切眼位置设计在距老窑区边界西80m外，工作面设计推采长度为1410m，使工作面采掘活动在远离疑似老窑的安全区域。因此，导致了该工作面可采储量损失较大。

针对范家村煤矿当前生产衔接紧张、可采储量大量减少的问题，需要进行储量挖潜，提高矿井原煤产量，增加矿井服务年限，为企业创造更多的经济效益；从安全角度出发，需要进一步探明疑似老窑采空区范围及积水情况等，以保证工作面的安全掘进和回采。为此需要对范家村煤矿2119工作面切眼及疑似老窑区进行组合探查。

3 储量挖潜具体措施

根据编制的《范家村煤矿采空区综合探测报告》所述情况，疑似老窑区相关信息明确。经集团公司和范家村煤矿相关技术人员共同研究决定，采取提前地面打钻探测、井下超前物探和钻探多种组合方式，对掘进巷道进行超前探测。

3.1 地面钻探

地面钻探工作委托内蒙古地矿局153地质队进行施工，共设计6个钻孔，分别布置在原设计工作面切眼位置、巷道位置和疑似老窑区中央位置，经地质队施工完毕后，6个钻孔终孔位置均在4-1煤层底板，未揭露疑似老窑区，地面钻孔布置位置如图1所示。

图1 地面钻孔布置位置(m)

3.2 井下物探和钻探

在井下2119工作面巷道掘进过程中，首先根据《范家村煤矿采空区综合探测报告》提供的疑似老窑区范围，在采掘工程平面图上标注，并确定探水线和警戒线。根据《煤矿防治水规定》要求(该项工作始于2018年1月份，《煤矿防治水规定》尚未进行更名修订)，资料较确切的老空积水边界外推100m为探水线，再外推50m为警戒线。为确保安全生产，从警戒线位置开始进行超前物探、钻探工作。

3.2.1 物探工程

物探工程由西安煤科院采用瞬变电磁及直流电法两种物探手段进行探测，每次探测有效长度为80m。

瞬变电磁物探使用的仪器型号为YCS200矿用瞬变电磁仪和YCS60-F大功率发射机，采用重叠回线组合装置，边长1.5m的激发和接收正方形线圈，激发线圈匝数4匝，接收线圈匝数40匝。供电电流档为50A，供电脉宽10ms，采样率16μS。每个测点至少采用32次叠加方式提高信噪比，确保了原始数据的可靠性。其原理是在发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向发射回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡(衰减)过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向地质体内传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势(t)，就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程：当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在[10，11，13]。在该区域每次进行勘探布置测线3条，每条测线11个物理点，总计33个物理点。通过在掘进迎头移动发射/接收线圈，形成3条超前探测的实测剖面。每次施工前巷道距探测点20m范围内不得有积水，且不得存放掘进机、铁轨、胶带机架、锚网、锚杆等金属物体；巷道内动力电缆、大型机电设备必须停电，以保证设备信号不被干扰，确保探测的准确性。瞬变电磁物探横剖面和成果如图2所示。

物探采用YDZ(B)直流电法仪，其工作原理是以岩石的电性差异为基础，电流通过布置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定电场。电流经过不同的岩层、矿体、水体和地质构造时，电流场将发生变化，通过电流场的变化规律，可以确定巷道前方不同矿体、水体及地质构造的形态和规模[14]。直流电法探测与瞬变电磁相比较，受巷道周边环境影响相对较小。两种物探方式进行独立探测，相互验证，为巷道超前钻探设计提供准确的技术依据。井下直流电法物探成果如图3所示。

图3 井下直流电法物探成果

3.2.2 钻探工程

钻探施工根据物探结果进行设计，如果物探结果没有异常，在巷道内水平扇形布置5个钻孔，巷道两侧安全外围线控制在20m进行钻探；物探结果存在高阻或低阻异常区，对异常区进行全方位加密设计探测，巷道两侧安全外围线控制在20m直到探清、探明异常区状况为止。每次设计钻孔止水套管长度根据《煤矿防治水规定》要求不小于10m长度钻探为80m保持30m前距离，允许掘进距离为50m与物探距离保持一致。在超前探放水设计中，钻孔成扇形布置。

本次施工共进行超前物探20次，施工超前钻孔62个，累计钻探长度5120m确保了疑似采空区掘进安全，以及2119回采工作面的生产安全。

4 储量挖潜效果

通过采取井上下钻探、物探相结合等措施，矿井在该疑似区域储量挖潜工作取得了巨大的成功，大幅度提高了矿井资源的回收率。本次挖潜工作矿井将该工作面走向长度增加388m，增加煤量60.2万t，实现利润3010万元。同时缓解了矿井生产衔接紧张的局面，并为下组煤开采创造了良好条件，预计可解放下组煤资源量约380万t，预测利润1.9亿元，同时大大延长了矿井的服务年限。

5 结 语

范家村煤矿疑似老窑采空区的储量挖潜工作，为疑似区域资源的开发、利用以及储量管控，提供了一种可以参考的方案，在取得良好经济效益的同时，社会资源效益也得以最大化。实践表明，针对疑似老窑区在论证充分、措施得当、保证安全的前提下，利用现有的先进成熟的技术、方法等，进行疑似区域的准确探查，进而达到储量挖潜、提高矿井资源回收率的目的。内蒙古鄂尔多斯市原有小煤矿众多，近些年来通过不断的整合，基本告别了小煤窑时代。但由于原小煤窑超层越界开采现象严重，存在大量的疑似区域。因此针对遗留疑似区域，进一步准确圈定保护范围，优化开采设计，即可为整个地区煤炭资源的合理、有效开发利用作出贡献。