断层构造的精细化探测技术实践分析

胡 鹏

（山西潞安集团蒲县伊田煤业，山西 临汾 041000）

我国煤矿地质条件复杂，各类地质构造广泛发育，造成煤层赋存条件发生变化，对煤矿巷道掘进、综采工作面回采、瓦斯防治以及矿井水害防治等都有较大的影响，极易引起安全事故。对各类构造的精细化探测能够准确掌握构造的分布情况，为矿井安全开采提供保障。三维地震[1]、无线电波坑透[2]、瞬变电磁法[3]、CT 成像[4]、槽波地震法[5]等多种物探方法已在煤矿构造探测中广泛应用，可以提前对构造赋存情况进行确定，提供初步参考，但是其在构造参数的精确性上仍然有待提高。本文以伊田煤业DF38 断层为背景，在三维地震的基础上采用钻探法对断层参数进行精细化探测。

1 工程概况

伊田煤业二二采区南翼探巷由11 号煤东翼带式输送机大巷197m 处开口，由北向南掘进，工作面开口40m 穿越11 号煤回风大巷，西部、东部为实体煤，南至井田边界保护煤柱。11 号煤二二采区南翼探巷设计长度为1184m，工作面标高1080～1100m，对应地表标高1380～1445m。所在11号煤平均煤厚8.3m，设计断面为矩形，沿底板掘进，巷道宽4.5m，高3.2m，工作面设计采用锚网索+钢筋梯子梁联合支护形式。根据井田三维地震勘探资料显示，二二采区南翼探巷掘进至296m 时，可能遇到DF38 正断层（走向为EW，倾向为N，倾角50°～65°，落差0～20m）。但根据对应上覆2#煤已回采的1106 工作面未发现该构造，预计南翼探巷揭露区域落差2m。DF38 断层区域可能出现煤层错位、变薄及尖灭现象，断层前方坡度-2°，断层后方坡度-0°39′下山。

2 钻探设计

综合勘探资料，预测断层落差及走向，以此作为钻探设计的依据。依据勘探资料在距断层30m 处采用钻探的方式对断层进行详细探测。

2.1 探测钻孔布置参数

南翼探巷掘进距DF38 正断层30m 处布置探查钻场，共布置6 个钻孔，编号为1～6#钻孔，其中1～4#钻孔位于巷道掘进中心线，5#和6#钻孔位于两侧。施工时先施工1#孔求证构造的实际位置，再施工2#、3#、4#钻孔探测构造落差及区域坡度，最后施工5#、6#钻孔探测构造影响范围。

钻孔具体参数为：1#钻孔开孔高度距巷道底板1.25m，位于巷道中心线，垂直方向以-2°打设，在水平方向上与巷道轴向保持一致，钻孔深度为60m；2#钻孔位于1#钻孔上部，开孔高度距巷道底板1.5m，仰角为1°，在水平方向上与巷道轴向保持一致，钻孔深度为60m；3#钻孔位于2#钻孔上部，开孔高度距巷道底板1.75m，仰角为5°，在水平方向上与巷道轴向保持一致，钻孔深度为70m；4#钻孔位于3#钻孔上部，开孔高度距巷道底板2.0m，仰角为6°，在水平方向上与巷道轴向保持一致，钻孔深度为57m；5#钻孔位于巷道中心线左偏1.25m处，开孔高度距巷道底板1.25m，以-3°俯角打设，方位角158°，钻孔深度为66m；6#钻孔位于巷道中心线右偏1.25m 处，开孔高度距巷道底板1.25m，仰角5°打设，方位角202°，钻孔深度为67m。钻孔布置如图1 所示，参数见表1。

图1 DF38 正断层探查孔布置示意图

表1 钻孔参数表

2.2 钻孔施工技术要求

钻孔施工时应满足以下技术要求：（1）钻机高度调整控制在±50mm，角度误差控制在±1°；（2）如前方遇瓦斯异常，顶、卡钻现象时，由地测部、通风部现场调研后制定相应措施，按措施执行；（3）在打钻施工过程中必须及时准确记录钻孔进尺与层位变化关系，为分析掌握断层产状及过断层后煤岩层位置提供数据资料；（4）施工时若钻孔回水增大，应立即停钻，严禁拔出钻杆，并及时向调度室、地测部汇报，采取相关措施。

3 钻探施工及结果分析

3.1 钻探施工

在钻孔施工过程中对钻孔揭露情况进行记录，并依此确定后续钻孔的施工参数。各钻孔具体施工情况为：（1）先按照设计参数施工1#钻孔，该钻孔在进尺31m 处见矸，在32～46m 处返水为灰黑色。（2）之后施工2#钻孔，该钻孔在52m 处见矸，53～60m 返水为灰色。（3）接着施工3#钻孔，该钻孔全长70m，均在煤体内施工。（4）之后按照设计施工4#钻孔，该钻孔全长79m，均在煤体内施工，未探到煤体顶板，因此需要补打探顶钻孔。将原设计4#钻孔编号调整为4-1#钻孔，不移动钻孔，在原位置处开孔，钻孔仰角进行调整，按照仰角11°施工4-2#钻孔，该钻孔在38m 处见矸。（5）接下来施工5#钻孔，探测断层的影响范围，按照设计参数进行施工，在钻进至28m 处揭露断层。（6）最后按设计参数施工6#钻孔，在钻进至27m 处揭露断层。钻探成果如图2 所示。

图2 钻探成果图

3.2 探测结果分析

根据上述7 个钻孔探测情况，按照各个钻孔方位角、钻进倾角以及开钻位置煤层底板标高，并结合断层前煤层厚度和倾角进行计算，综合分析可得到该断层相关参数和断层后煤层走势：（1）DF38正断层落差为0.9m，水平断距小于1m，断层倾角54°8′；（2）断层后方煤层倾角为5°43′。

4 结论

（1）根据三维地震初步探查结果，设计了DF38 正断层探测方案。在距DF38 断层30m 时进行断层探测钻孔施工，共计6 个钻孔。其中1 ～4#钻孔位于巷道掘进中心线，求证构造的实际位置、落差及区域坡度；5#和6#钻孔位于两侧，探测构造影响范围。

（2）根据各钻孔的探测情况及钻孔和该区域煤层参数，综合计算得到DF38 正断层落差为0.9m，水平断距小于1m，断层倾角54°8′，断层后方煤层倾角为5°43′。