综合物探结合长距离钻孔控制隐伏构造

（山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿，山西 古交 030206）

1 矿井概况

屯兰煤矿位于山西省古交市西南。矿井采用“两斜一立”综合开拓方式，设计+750m、+650 m两个水平，现生产水平为+750 m水平，倾斜长壁后退式综合机械化采煤，顶板管理采用一次采全高全部垮落法。主采石炭系上统太原组8号煤和二叠系下统山西组2.3号煤。井田位于太原西山煤田的西北部、马兰向斜的东翼，地层倾向南南西，倾角2°～15°[1]。井田呈一走向北北东～北北西倾向南西～南东的波浪状单斜构造，有少量宽缓褶皱，但次一级小型波状褶曲发育；断层条密度为8.50条/km2，断层有明显的规律性，即垂直走向成组出现，多呈地垒或阶梯状排列，每组有断距10 m以上断层4～6条，常伴生许多成束出现的小断层，走向为北东方向，组距2500～3000m，断层断距一般北东方向大，向南西变小形式。地质构造复杂程度为中等[2]。

2 超前控制隐伏构造的必要性

屯兰矿服务盘区采掘生产过程中常常受隐伏构造影响，导致发生采掘衔接更改，丢失资源，增加采掘成本，损坏设备等一系列问题。且屯兰矿为“煤与瓦斯突出矿井”，而构造区域往往是瓦斯富集区域，不加以防范很容易造成煤与瓦斯突出。传统钻探技术存在钻探距离短、精度低、极易造成探测盲区等[6]；地质雷达虽精度高，但探测距离短[8]，很难达到现生产要求。因此如何能“长距离超前控制隐伏构造”是当前矿井地质工作迫在眉睫的大事，更是困扰地质技术人员的难题。

3 综合物探和长距离瓦斯预抽孔的基本内容

现阶段煤矿地质探测主线为“钻探+物探”，对采掘空白区的探测，遵循“物探先行，钻探验证”的原则，我国神东煤矿采用长距离定向钻探技术，探测煤层冲刷带、煤层厚度及探放水[5]，应用效果较好[6]。基与这种思路，鉴于屯兰矿煤层瓦斯含量高，采用长距离钻孔预抽消突，故尝试利用长距离抽采定向钻孔兼探测煤岩赋存；同时，利用瞬变电磁法探测距离远，敏感性高[3]的特点，采用瞬变电磁法分段超前探测煤层内高阻异常区域，并结合地面三维地震探测，综合验证控制空白区的隐伏构造，有针对性地做好矿井地质预测预报工作，准确指导矿井生产。

4 综合探测方法—以12509掘进工作面为例

4.1 12509工作面简况

12509工作面沿2号煤掘进，走向1635m，倾斜长228m，2号煤厚度稳定，最大厚度3.16m，最小厚度2.62m，平均厚度2.89m，可采储量1.54 Mt。该工作面整体呈向斜，西翼煤层呈3°下山，东翼呈8°上山，两顺槽前进950 m左右将进入东大岭向斜轴部。轴部附近属应力集中区域，可能出现煤层松软、裂隙增多、构造发育、瓦斯增大等情况。

4.2 长距离瓦斯钻孔探测煤层赋存

（1）屯兰矿为煤与瓦斯突出矿井，采掘工作面施工前需按规定对煤层瓦斯预抽，达标后才能进行采掘作业，故要施工一系列的长距离钻孔预抽[7]。在服务预抽瓦斯的前提下，钻孔兼顾对巷道及两侧煤层全探测，达到掘进巷道无空白，消灭死角。

（2）利用钻孔轨迹精确定位的功能，结合周围煤田及蓝焰煤层气钻孔，核对煤层标高，从而确定“异常区域”并结合相邻巷道情况和上覆煤层赋存情况，综合预测煤层的赋存状态，进一步确定隐伏地质构造异常区。

①根据钻进资料，导出钻进点坐标、标高、长度、倾角等相关数据见表1。

表1 钻孔相关数据

②应用有关数据，结合周围钻孔资料，生成单孔剖面，从而确定煤层赋存位置见图1。

图1 单孔剖面

③依据上述资料，与相邻巷道揭露资料对比，初步确定煤层赋存异常区域内隐伏构造见图2。

图2 长距离钻孔初步成果

4.3 物探方法及步骤

（1）施工前整理相邻工作面正常煤层阻值，进行超前瞬变电法探测，及时核对正常阻值范围。

结合相邻12501、12503、12505和12507工作面以往探测资料，测得12509工作面区域顺煤层正常视电阻率值为10～260 Ω·m，斜向下45°底板正常视电阻率值为5～250 Ω·m，见图3。

图3 正常阻值

（2）12509皮带顺槽掘进过程中，对长距离预抽钻孔标定的异常区，重点进行瞬变电磁法探测，综合分析地质构造异常范围，根据煤层标高，确定该区域是断层或陷落柱，以及落差和长短轴情况。

①巷道施工至长距离钻孔标定的异常区前30～60m，进行瞬变电法探测，圈定物探高阻异常区[3]见图4。

图4 区域阻值

②对比前期地震MSP超前探测，据对南五盘区探勘资料三分量分析的资料[4]，解释前方存在一条1～3 m正断层见图5。

图5 三维地震探测

4.4 综合物探和长距离钻孔探测成果

（1）综合物探成果确定向前40～55 m存在异常区，结合前期长距离钻孔轨迹划定区域分析，预测12509皮带顺槽在31号测点向前121～136 mm范围内存在一条落差大约1.7～2.0m的正断层见图6。

图6 地质预报预测

（2）12509皮带顺槽掘进过程中在31号测点前121 m揭露H=1.9 m∠50°正断层，与预测情况相符。

屯兰矿2019年掘进进尺14000m，施工过程中揭露53条断层，通过应用该方法，准确预报43条，准确预报率81%见表2。

表2 屯兰矿2019年揭露断层情况

5 结语

西山煤田的地质构造属新华夏系次一级多字型构造盆地的一部分，受燕山一二期运动影响，形成数组大型封闭型构造，导致西山各矿井瓦斯含量高，而揭露构造导致出现瓦斯等问题，一直是困扰西山各矿井采掘活动的难题。屯兰矿2019年通过综合物探结合长距离钻孔对隐伏构造的控制，使误揭构造的困扰有了新的突破，并使构造带附近瓦斯的异常涌出得到了控制，减少了矿井瓦斯超限，有效地为生产保驾护航，可在高瓦斯以及构造复杂的矿井推广应用。