掘进巷道前方陷落柱的综合探查

朱志刚

（霍州煤电集团紫晟煤业，山西 临汾 031400）

紫晟煤业矿井地质构造复杂，井田总体构造以轴向北西—南东的背斜构造为主，背斜轴位于井田中部［1-2］。井田内断裂构造发育，共计揭露落差大于20 m 断层6 条，落差大于5 m 断层22 条，断层走向以北北东向为主。井田内揭露岩溶陷落柱8 个，多为椭圆形、近圆形，直径约20～60 m 不等。矿井水文地质类型中等，建矿初期矿井总回风巷揭露落差30 m 的断层，发生滞后突水，最大涌水量270 m3/h。因此对断层及陷落柱的探查和防治是矿井地质防治水工作的重点。

1 工作面基本情况

紫晟煤业2-109 工作面开采2#煤层，煤层厚度3.0～4.0 m，平均厚度3.68 m，平均倾角3°。工作面煤层底板标高+121～+145 m，地面标高+562～+648 m，盖层厚度312～362 m，基岩厚度218～282 m，地表以丘陵耕地为主，无建筑物。2-109 工作面位于一采区系统巷道的右翼，西部为F136断层，东部为F23断层，南部为井田边界，北部为一采区系统巷道。工作面基本情况见图1。

图1 2-109 工作面基本情况

该工作面东西两侧均为中型断裂构造。2-1092 巷掘进至330 m 时揭露落差为15 m 的F136断层，该断层走向基本顺巷道延伸方向，为避免该断层的影响，工作面宽度整体回缩20 m。2-1091 巷掘进至709 m 时揭露落差为7 m 的F137断层，工作面方位向右调整6°，避开了F137断层。整体断裂构造发育，对工作面的布置影响较大。

2 主要水害隐患

工作面顶板含水层为山西组砂岩含水层。2#煤层上距K8砂岩1.26～23.62 m，平均9.75 m，该含水层富水性弱，局部区域顶锚索有少量淋水，一般几天可自行疏干，对掘进无影响。底板含水层主要为太原组灰岩及奥陶系灰岩岩溶含水层。根据临近水文钻孔资料，该区域太原组灰岩含水层水位+510 m，单位涌水量0.05 L/（s·m），为弱富水性含水层，工作面标高+134 m，2#煤层距太灰含水层平均间距为80 m，工作面太灰带压3.76 MPa。该区域奥陶系灰岩含水层水位+500 m，单位涌水量0.8 L/（s·m），为中等富水性含水层，2#煤层距奥灰含水层平均间距为120 m，工作面奥灰带压3.66 MPa。2-109 工作面主要受下伏太原组灰岩及奥灰含水层影响。建矿初期矿井总回风巷揭露落差30 m 顺巷道方向的断层，受掘进扰动影响，煤层底板太灰及奥灰含水层水沿断层裂隙带涌出，最大出水量270 m3/h，后经注浆治理，出水点被封堵。对构造及陷落柱水害隐患的探查和防治是紫晟煤业矿井防治水工作的重点。

3 陷落柱探查分析

2-1092 巷掘进至705 m 时进行第十次超前钻探，设计4 个探测钻孔，正前方1#钻孔探测深度42.5 m 见破碎岩屑，无法识别是否为顶底板岩层。因此调整钻孔方位间隔20°对工作面内侧进行探测，2#钻孔约43.2 m 见破碎岩屑，3#钻孔43.8 m 见破碎岩屑，4#钻孔65 m 为全煤［3］。根据探测情况初步判断巷道前方42.5 m 段为陷落柱。钻孔平面见图1，钻孔参数及揭露煤岩情况见表1。

表1 2-1092 巷钻孔参数及揭露煤岩情况

为减少无效掘进进尺，该掘进工作面暂时停掘。同时在2-109 一切巷33#点前4 m 揭露落差4 m 的F150断层，为防止将断层包入工作面内部，同时兼顾对2-1092 巷预判构造进行探测，在33#导线点处施工了2-1092 返掘巷。巷道掘进15 m后揭露F150断层。为对2-1092 巷超前42.5 m 处陷落柱进行进一步的探测，在返掘巷每隔20 m 施工1 个探查钻孔，共计施工4 个探查孔，钻孔参数及揭露煤岩情况见表2。

表2 2-1092 返掘巷钻孔参数及揭露煤岩情况

6#、7#探查孔施工32 m、29 m 见破碎岩屑，预测进入陷落柱，钻孔无涌水。5#、8#孔为全煤，判断已绕开陷落柱。综合2-1092 巷探测成果初步预判陷落柱长轴52 m，短轴32 m。

4 坑透探查验证

为了进一步验证陷落柱的边界，采用无线电坑透仪对陷落柱范围进行专项探测。本次坑透在2-1092 巷迎头布置1 个发射点，在2-1092 返掘巷布置16 个接收点［4-5］，探测设计见图2。探测采用发射机频率为0.5 MHz，测点步距为5 m，共计接收16 个测点。探测原始数据见表3，探测成果见图2。

图2 坑透探测成果

表3 坑透探测实测场强统计

本次探测数据采集质量较好，反应陷落柱、断层特征较为明显。在2-1092 返掘巷口0～15 m处，接收点位于断层的上升盘，断层落差4 m，煤层完全断开，未接收到场强信号。在返掘巷口往里20～35 m 处，受X9 陷落柱影响，整体场强值较小。在返掘巷口35～40 m 处场强增加10.4 db，较正常探测点场强明显增加，判断该处为陷落柱影响分界线。在返掘巷口45～80 m 处离发射点逐步接近，场强稳定递增，判断该处煤岩层正常。综合坑透探测成果进一步验证了X9 号陷落柱的发育范围，为合理设计绕巷位置，提供了准确的地质资料。

5 结语

通过钻探探测初步分析2-1092 巷超前42.5 m存在断层或陷落柱，通过正、返掘巷对比钻探分析确定工作面外侧存在陷落柱，初步圈定陷落柱的范围。灵活运用坑透物探手段，合理布置发射和接收点位置，验证了陷落柱的长轴为52 m，短轴为32 m，为合理设计绕巷位置，提供了准确的地质资料，避免了无效的掘进进尺。本次掘进工作面陷落柱的探查分析方法对同类型矿井探查陷落柱发育范围具有一定的借鉴意义。