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王庄井田陷落柱探测方法对比探析

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摘要:井田陷落柱的存在对煤矿安全生产造成了极大隐患,采用合理方法对其进行有效探测具有重要意义。文章基于对王庄煤矿陷落柱分布特征的分析,以8108工作面风巷和8103工作面内陷落柱探测为例,分别探讨了钻探法和无线电波透视法在陷落柱探测中的应用,并对两种方法存在的优缺点以及两者的有效结合进行了分析总结。

关键词:陷落柱;探测;钻探;无线电波透视法

我国石炭—二叠纪煤田基底分布着一种特殊的地质构造,即陷落柱,又叫岩溶陷落柱,其主要是在受到地质构造、地应力和地下溶水的长期影响,溶洞上下覆岩层及围岩受到破坏和塌陷形成的。陷落柱在我国华北大部分矿区均有分布,据不完全统计,已揭露陷落柱个数超过3700个,而山西省占据了其中的95%以上[1]。潞安矿区因其特殊的地质构造环境,发育有大量的陷落柱,根据地质情况调查,潞安矿区揭露陷落柱个数已经超过100个[2-3],其中王庄煤矿揭露近60个,而随着王庄煤矿开采活动向深水平延伸,这一数字还会不断攀升。岩溶陷落柱的广泛发育,尤其是处于奥灰水承压区的陷落柱的存在,直接增加了陷落柱突水的可能性,对安全生产造成了极大隐患[4]。为了保证开采活动的安全实施,对陷落柱的形状和分布,以及其内部含水情况进行全面勘探,以及采取有效的防治措施具有重要意义。

1王庄煤矿陷落柱的分布特征

王庄煤矿位于潞安矿区东部,沁水煤田东翼中部,我国东部新华夏构造体系第三隆起带中段,即太行山新华夏系一级隆起之上的二级构造带,晋(城)—获(鹿)褶断带与武乡-阳城凹褶带之间,地层总体为NNE向,向西缓倾,沿走向和倾向均呈波状起伏,倾角5~15°。区域现揭露和坑透分析陷落柱53个,垂向呈漏斗形,个别倒漏斗形,水平呈椭圆形或近圆形,规模大小不一,直径50~150m,柱面不规则,柱内含水,附近煤层产状有变化,向柱内倾斜。由于受到地质构造和地下水动力条件的影响,近63%的陷落柱发育分布在断层及向斜、背斜轴附近,尤其在断层密集处和断层上盘,并且陷落柱的长轴多为南北向,与断层构造线近似垂直,煤层顶板标高大于680m,陷落柱发育,尤其在680~720m一带,陷落柱发育突出近5.7个/km2,煤层顶板标高小于680m,陷落柱发育较少1.7个/km2。

2陷落柱的探测方法

隐伏地质的探测方法主要包括三维地震勘探、钻探和无线电波透视法(坑透法)等,其中三维地震勘探主要用于矿井大范围地质构造勘探,成本高,勘探结果主要用于矿井地质构造方面的宏观分析和指导,不适合运用到工作面和掘进巷道内具体陷落柱的探测。本文以王庄煤矿8108工作面和8103工作面为例,分别介绍钻探和无线电波透视法在陷落柱探测中的应用。

2.1钻探法探测陷落柱

钻探法是利用专业钻机钻杆对井田内地质异常区进行钻探验证和判断。本文以8108工作面某疑似陷落柱探测为例介绍钻探法探测陷落柱的具体方法。根据三维地震勘探显示,8108工作面风巷1900~2000m处,左帮约30m左右存在疑似陷落柱X17,为了进一步确定疑似陷落柱的大小、形状及位置,给巷道掘进提供准确的参考数据,必须进行钻探验证工作。钻孔设计如下:在距离风巷开口处1900~2000m内设计钻探位置,钻孔编号为1~10号,方位角和垂直角设定如下:1号,方位角342°,垂直角+1°;2~9号,方位角0°,垂直角-1°;10号,方位角25°,垂直角-1°。钻孔距巷道底板高度0.8~1.6m,探测深度120m。所有钻孔方位角和垂直角设计主要参考于三维地震勘探结果,实际施工钻孔角度选择按照现场钻探情况来定。探测结果。陷落柱X17位置处于8108风巷新风24号点前8.5m,距离左帮30.6m,陷落柱水平呈近圆形,长轴为72m,方向与风巷成约46°夹角。

2.2无线电波透视法

无线电波透视法是目前煤矿常用的一种物探手段,其基于高频率无线电波在不同介质中传播能量损耗程度来判断地质构造,广泛应用于隐伏地质构造勘探,与煤层相比,陷落柱电阻较低,对电磁波具有强烈的吸收能力,形成所谓的电磁波“透视异常区”,从而进行陷落柱的辨别[5-6]。本文以8103工作面为例,探讨了无线电波透视法在陷落柱探测中的应用,其中选用定点法进行布置探测,具体方法布置。8103工作面点位沿巷道走向布置,切眼为0号,停采线位置为81号,信号接收间隔10m,信号发射间隔50m,共布置测线长度810m,每个发射点可以同时接收11个点位的场强值,可以有效保证同一测点获取两次重复观测值。对8103工作面实测场强值进行综合分析,得出工作面CT综合成果图。工作面探测范围内15号-55号探测点之间存在“坑透异常区”,即距离工作面150~550m之间,呈现两种不同的衰减特征,15号-35号点之间异常范围近200m,根据衰减特征和区域原有地质构造进行分析,可能发育有小断层或者小陷落柱,35号-55号之间异常范围近200m,电磁波衰减明显,推断该范围可能发育有较大陷落柱,范围约在36号-52号之间,长轴方向近似沿工作面倾向。

3探测方法对比

钻探法是生产矿井中常用的手段之一,钻探方法灵活,探测精度高,其主要是利用陷落柱的分布特征和受陷落柱影响的岩层地质构造异常来进行陷落柱的判断,可以用于掘进巷道超前探测和由巷道圈定的工作面内疑似陷落柱的探测,但钻探法的实施比较盲目性,一般是在三维地震勘探或者坑透法探测结果基础上对疑似陷落柱进行探测,除此之外在巷道掘进过程中用于地质构造的超前探测。坑透法是一种物探手段,其是利用电磁波通过陷落柱出现电性异常对陷落柱进行判断,通过将电性异常进行区域确定即为陷落柱位置,目前坑透法在包括陷落柱在内的隐伏地质方面探测已经取得了显著成效,但坑透法探测结果不能真正确定是否有陷落柱存在以及陷落柱的具体范围,必须结合钻探法进行实际验证。

4结语

目前,钻探法和无线电波透视法因其独特的探测手段已经广泛应用于井田陷落柱的探测工作中,但由于两者工作方法的局限性和对陷落柱探测判断的原理差异,在井田陷落柱实际探测中,两者必须进行有效的结合,利用坑透法对工作面存在的隐伏地质进行探测,钻探法对巷道和工作面存在的疑似地质异常进行验证,即“物探先行,钻探验证”,才能对井田内存在的陷落柱进行全面排查,完全消除陷落柱的发育对生产活动产生的危害。

参考文献:

[1]彭纪超,刘海荣,孙利华,等.山西省煤矿区陷落柱分布规律与突水预测研究[J].中国煤炭地质,2010,22(7):26-30.

[2]曹代勇,张杰林,关英斌,等.潞安矿区构造格局及构造演化[J].煤炭学报,1995,20(2):174-178.

[3]张书林,张子敏,王运革,等.潞安常村井田陷落柱分布规律与成因初探[J].河南理工大学学报:自然科学版,2011,30(3):283-287.

[4]樊振丽.煤矿陷落柱水害特征与防治技术研究[J].煤炭工程,2011(8):93-95.

[5]朱希安,尹尚先,苑守成.无线电波透视法及其应用[J].辽宁工程技术大学学报,2002,21(5):563-566.

[6]肖玉林,吴荣新,张平松,等.无线电波透视快速勘探技术及其应用[J].中国煤炭地质,2010,22(4):65-68.

作者:李磊 单位:潞安环能股份公司

煤杂志责任编辑:陈老师    阅读:人次
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