古河床冲刷带现场探测研究与通过实践

邱文华

（中煤华利能源山西省中阳荣欣焦化有限公司 高家庄煤矿，山西 吕梁 033400）

1 概 况

高家庄井田位于离柳矿区的南部，离柳矿区位于河东煤田的中部，高家庄井田基本构造形态为一走向NW，倾向SW的单斜构造，在此基础上发育有次级褶曲，地质倾角为2°～6°。勘查过程中未发现地质构造，在井下开采2号煤层过程中，揭露10条正断层，1条逆断层。断层走向以NE或NW向为主，断层倾角15°～73°。断层落差0.40～10.0 m，其中落差＜5 m的8条，落差＞5 m的3条。未见岩浆岩侵入。煤矿总体构造简单。在勘探过程中，根据勘探地质报告和补充勘探地质报告，均没有提及矿井井田范围内关于古河床冲带的地质体。

矿井主采的2号煤层为中厚煤层，首采的一、二盘区煤层厚度1.4～2.2 m，煤层倾角平缓，一般小于6°，采用一次采全高回采方式。高家庄煤矿在施工2205高抽巷通道的过程中，当掘进至135 m时出现了顶板倾角反转，由正常掘进的5°上山，突变为6°下山，煤层厚度由1.76 m逐渐变薄，顶板岩性由泥岩变为泥质砂岩，底板没有明显变化，在继续掘进至169～172.4 m，出现无煤区，无煤区长度3.4 m，通过无煤区之后，又出现了煤层从煤线直至过渡到正常煤层厚度的情况，推测其为煤层冲刷带造成的煤层变薄和缺失。为探明冲刷带的影响范围和产状，采用地质素描和地质前探对该区域进行了探测研究。

2 巷道的超前钻探

煤层冲刷带一般是指水流（河流、海水）对泥炭层或煤层的冲蚀，通常由砂质沉积物充填而形成的地质体，冲刷带是常见的矿井地质现象，是引起煤层形态和厚度变化异常的常见原因之一。

为准确探明冲刷带范围、产状，在2205回风联巷内设计了6个超前探测钻孔，钻孔布置如图1所示，钻孔参数见表1。

图1 巷道超前钻孔布置Fig.1 The layout of roadway advance drilling hole

表1 超前钻探钻孔参数Table 1 The parameters of advanced drilling hole

探1号孔退后迎头5 m开钻，靠近东帮，倾角-52°，1.3 m见煤，2.3 m见岩，6 m见煤，8 m见岩，13.5 m见煤，14.5 m见岩，共探16.5 m；探2号孔迎头退后5 m开钻，靠近巷道底板的西帮，倾角-47°，10 m见煤，12.5 m见岩，18 m见煤，19.5 m见岩，共探21 m；探3号孔迎头退后7 m开钻，倾角-30°，7.5 m见煤，9 m见岩，38 m见煤，40 m见岩，共探41 m；探4号孔，迎头开钻，倾角-5°，80 m全岩；探5号孔，迎头开钻，倾角+45°，15 m全岩；探6号孔迎头开钻，倾角-15°，20 m见煤。

通过探测可知，探1号孔揭露3层煤，分别为2、3、4号煤层，其余钻孔均未揭露2号煤层，可见2号煤层仅在巷道的东帮有揭露，其余在巷中前方2号煤缺失；探2号、探3号孔揭露了3号、4号煤层，探6号孔揭露了3号煤层，说明3号、4号煤层赋存稳定，依据地质资料推测，冲刷带仅影响了2号煤层，使2号煤层局部缺失，局部变薄，对3号煤层和4号煤层没有影响。巷道的底板靠近东帮还有残存的煤层。

3 冲刷带的补充探测

为防止巷道施工前方误揭煤，同时对邻近层煤层进行消突和抽放，在施工巷道下方的东胶大巷施工了一组瓦斯抽放钻孔，进一步对预测的冲刷带进行了验证。

共施工8个钻孔。东胶1号钻孔，倾角+29°，5.5 m见煤，8 m见岩，26 m见煤，28.5 m见岩，共施工30 m；东胶2号钻孔，倾角+40°，4.5 m见煤，7 m见岩，17 m见煤，19.2 m见岩，共施工30 m；东胶3号钻孔，倾角+56°，3.5 m见煤，5 m见岩，12.5 m见煤，15 m见岩，共施工30 m；东胶4号钻孔，倾角+73°，2.5 m见煤，4.1 m见岩，8.1 m见煤，9.7 m见岩，共施工27 m；东胶5号钻孔，倾角+60°，1.5 m见煤，3 m见岩，12 m见煤，14.5 m见岩，共施工21 m；东胶6号钻孔，倾角+53°，2 m见煤，3.5 m见岩，13 m见煤，15 m见岩，共施工21 m；东胶7号钻孔，倾角+48°，2.7 m见煤，4 m见岩，13 m见煤，16 m见岩，共施工21 m；东胶8号钻孔，倾角+43°，3 m见煤，4.5 m见岩，14.5 m见煤，17.5 m见岩，共施工29 m。通过探测可知，8个钻孔均只揭露了3号、4号煤层，没有揭露2号煤层，可以推测2号煤层缺失，进一步验证了冲刷带的存在。

为了探明整个掘进巷道范围内冲刷带的延展范围，又在巷道贯通的东回大巷内沿巷道施工方向按0方位施工了1个探孔，即东回1号钻孔，倾角+5°，距巷道底板1.7 m开孔，共施工103 m，6 m见煤，9 m见岩，后全岩；推测在巷道施工方向上距离东回大巷12 m位置2号煤又重新出现。

4 钻探探测的综合分析

根据所有的钻孔探测综合分析，通过2205高抽联巷施工揭露，在2205高抽回风联巷开门点向西42 m位置和正对2205高抽回风联巷开门点，煤层逐渐变薄，局部煤层缺失，在高抽回风联巷开门施工位置底板西帮煤厚0.6 m，东帮0.9 m，煤层出现异常变化；施工2205高抽回风联巷10 m平巷后，巷道变为全岩施工，煤层进入巷道底板；在巷道施工至50 m左右时，通过打钻探测，45 m位置东帮有0.73 m厚的2号煤层，探2号西帮探测无2号煤。探3号、探4号、探6号均未见2号煤层，断定2号煤缺失；通过东胶大巷施工8个钻孔，揭露3号煤层稳定，未揭露2号煤层，断定2号煤缺失；通过东回大巷1号孔揭露和原东回大巷素描推断，东回大巷以北约12 m范围煤厚由正常煤厚逐渐变薄，结合东胶10号孔，判定在东回大巷北12 m范围以北2号煤层缺失。

综上所述，巷道施工区段北段50 m和南段12 m 2号煤层变薄，中间段72 m范围2号煤缺失，而该区段3号、4号煤稳定，因此，判定为冲刷带。钻孔布置剖面图如图2所示。

图2 钻孔布置剖面图Fig.2 The profile of drilling hole layout

5 巷道素描分析

为了确定冲刷带的扩展情况，采用巷道素描的方法对冲刷带进行圈定。周边巷道有刚开始揭露冲刷带的2205高抽联巷，东回大巷、2205胶带顺槽，根据周边巷道的素描情况确定了冲刷带的扩展范围，各巷道素描如图3所示，冲刷带的位置和范围界定如图4所示。

图3 巷道素描Fig.3 Roadway sketch

图4 冲刷带的位置和范围界定图Fig.4 The position and range definition diagram of the scouring zone

6 巷道通过的方案调整

2205高抽回风联巷的掘进目的是为了施工2205高抽巷的回风和抽放管路的安装，要与东翼回风大巷进行贯通，且为了便于管路的安装，回风联巷和设计的高抽巷尽量要在同一条直线上，因此，2205高抽巷必须按照原设计位置进行施工。

原设计巷道沿2号煤层的顶板施工，由于冲刷带影响范围内2号煤缺失，冲刷体的岩石变硬，在不改变施工位置前提下，决定将施工工艺由综掘改为炮掘施工，由于全岩施工，煤岩破碎，为保证巷道成型，所以施工断面由矩形断面改为拱形断面。

7 实践验证

为了验证对冲刷带推断及探测的准确性，紧跟巷道的掘进施工，进行了巷道的跟踪素描，巷道的素描和原探测的预想剖面基本吻合，从而验证了冲刷带推断及探测的准确性。巷道素描如图5所示。

图5 2205高抽回风联巷巷道素描Fig.5 The roadway sketch of No.2205 high pumping return air united roadway

8 结 论

（1）高家庄煤矿通过巷道钻探探测以及周边巷道的素描，基本确定了冲刷带的扩展范围，基于巷道的用途所限，巷道的施工位置无法变动，通过改变施工工艺和施工断面，使巷道顺利通过了冲刷带，满足了2205高抽巷的回风使用及后期的抽放管路的安装。

（2）冲刷带是引起煤层形态和厚度变化异常的常见原因之一。根据煤层的变化情况判断冲刷带，在顶板岩性发生变化，同时煤层变薄和缺失且煤层的底板没有异常变化的情况下，首先判断为冲刷带，这和缓倾角断裂构造很容易混淆并难以分辨断，主要的区别在于底板是否断开，一般冲刷带的底板不会断开或有明显的断裂痕迹。

（3）利用超前钻探的方法寻找煤层的变薄或缺失是判定冲刷带延展范围的有效方法，同时参照巷道的素描可以圈定定冲刷带的影响范围。

（4）对于冲刷带的影响，由于构成冲刷带的岩石较煤层的硬度高，常给采掘工程设计和施工造成不利影响，因此尽量要避开冲刷带，减小其对工程的影响。但是在工程需要的特殊情况下，有时也必须通过冲刷带，如开拓大巷施工等，在采取可靠的施工措施后，是能够安全通过的。

（5）在地质资料不够详细的状况下，利用钻探法确定构造的形态和产状，为保证矿井的安全生产，具有重要的现实意义。