顾桥矿南翼大巷过地质构造异常带超前探测技术(1).pdf

1 0 2 夯堪晨 舛技 2 0 1 0 年 第1 期 顾桥矿南翼大巷过地质构造异常带超前探测技术 申庆涛， 陈辉 淮南矿业集团顾桥煤矿 ， 安徽 淮南2 3 2 0 0 1 摘要该文以顾桥煤矿地质异常带的探测工程背景 ， 详细分析 了探测所采用 的技术路线及实际探测方法并将该方法成功应用于顾桥煤矿地 质异常带的现场勘查勘探中， 并取得 了良好的社会和经济效 益。 关键词 三维地震勘探地质异 常带 超前物探 瞬变电磁法 中图分类号 T D 2 6 3 ． 4 2 文献标识码B 1 概 况 顾桥矿井 为 隐伏 煤 田， 区 内新 地层 厚 2 2 4 ． 1 0 5 7 6 m， 东南薄， 西北厚。井 田位于陈桥背斜东翼 与潘 集背斜西部的衔接带 ， 受其挤压影 响， 地层呈反 “ S ” 走 向， 总体构造形态为走 向南北 ， 向东倾斜的单斜构造， 地层倾斜平缓， 倾角 51 5 。 ， 构造较发育， 次级宽缓褶 曲和断层分布不 均 ， 主要分 布在 F 9 2～F 1 1 0 、 F 8 1 ～F 8 7 两大断层带之 间。井 田范 围北起 F S 1 断层 ， 南 止 F 2 1 1 断层 ， 东以三 十一 线与 丁集 井 田为界 ， 西与顾 北 矿为 界 。南北走 向长 1 5 k m， 东西宽约 7 k m， 面积 1 0 6 ． 7 k m 。 利用三维地震勘探技术在淮南潘谢煤 田顾 桥井 田 内发现横跨顾桥矿区、 顾北矿区的地质异常带， 呈 N W 展布的断裂带发展到松散地层中 但未进入第 四系地 层 ， 在剖面上部分断层 不仅从 松散层开 始错 断 ， 而且 一 直 断至煤 系地层 的深 部 ， 错 断的主要可采煤层有 l 3 1 、 1 1 2 、 8 、 6 2 、 4和 l 煤层 。所发现的断层带 中有 正断层、 逆断层和直立断层 。由于这些断裂带较宽 ， 形 成一条地质异常带。 顾桥矿向南部采区施工的 一 7 8 0 m南翼 1 31 岩 石轨道 大巷 、 一 7 8 0 m南 翼 1 31 岩石胶 带机大巷要 穿过上述 的地质异常带 。其 中 一 7 8 0 m南翼 1 31 岩 石轨道大巷有 7 2 0 m F D 9 5～F 1 1 41 在地 质 异常带 内 ， 一7 8 0 m南 翼 1 31 岩 石 胶 带 机 大 巷 有 7 1 6 m F D 9 5一 F I l 4一I 在地质异 常带 内。为此需探 明该地 质异常带的情况 。 2 巷道 通过 的地质异 常带 情况 两条巷道在未进入地质异常带之前都在 1 31 煤 层底板 3 7 ～ 4 0 m的层位内。两条巷道在掘进过程中可 能揭露 1 6 1 、 1 7 1 、 1 1 2煤层以及 1 31 煤层。两 条巷道依次将过 F D 9 5 、 F D 1 0 81 、 F D 1 0 8一b 、 F D 1 0 8 、 F D 1 0 8一a 、 F D 7 7 、 F D 7 6 、 F D 1 1 41以及一些 未探 明 的 中小断层。 收稿 日期 2 0 0 90 7 0 9 作者简介 申庆涛 1 9 7 5一 江 苏沛县人 ， 现 为淮南矿业集 团顾桥 煤矿地测科助理工程师 。 两条巷道所穿过的断层大部分为张性的开放式的 正断层， 且上通松散， 下到 1 煤层底板灰岩， 有沟通强 含水层 ， 可能含水并 成为 向采掘空 问充水 的通道 。开 放式 的张性断层具有瓦斯储存 以及沟通运移 的良好通 道， 同时构造复杂、 煤岩产状变化大， 煤层的赋存难以 控制。根据地面钻孔揭露情况， 岩体松散破碎， 再次胶 结差， 裂隙发育， 稳定性低， 部分崩解程度高， 工程地质 条件极为复杂 。 3技 术路线 为保证巷道安全通过 南翼地质 异常带 ， 必须 超前 探清掘进巷道前方的水文地质、 瓦斯地质、 工程地质情 况。 3 ． I 地 面初 步控制 对顾桂矿区以往采集的三维地震原始数据资料进 行再处理与解释， 形成时间地震剖面， 发现异常构造 带。在异常构造带 内施 工补 8 、 补 9 、 补 l 0钻孔 ， 钻孔 内存在多段断层破碎带， 煤岩层产状变化大， 岩石破 碎 ， 局部岩石有 崩解现象 ， 断层 带 内断层 泥较厚 ， 钻孔 内缺失的层位较多较厚。对地质异常带进行了初步的 确定和控制。形成了南翼轨道大巷以及胶带机大巷预 想地质剖面图。 3 ． 2井下超前 物探 在掘进工作面迎头采 取井 下超前 综合物探 ， 探明 掘进前方的地质条件和水文地质条件。 3 ． 2 ． I 矿 井震 波超前探 测 m s p 技术 沿巷道后方 布置 震源 ， 震源发 出的地震 波在遇到 地层层面、 节理面， 特别是断裂破碎界面和溶洞、 暗河、 岩溶陷落柱、 淤泥带等不良界面时， 产生反射波， 后方 的感应器接受反射波。从而反演出前方的地质条件。 3 ． 2 ． 2矿井网络并行电法超前探测技术 在任一电极供电， 在其余的所有电极同时进行电 位测量， 反映探测区域的自然电位， 采集的数据进行超 前电阻率法反演出前方区域的自然电阻率， 进一步反 演出前方区域的水文地质情况。 3 ． 2 ． 3 矿 井 瞬变 电磁超 前探测技 术 此技术是近年来国内外发展较快、 地质效果较好 的一种电法勘探分支方法， 可以作为 下转第 1 0 5页 2 0 1 0 年 第1 期 童瞧晨 科技 1 0 5 反映异常 区的数 目上看 后 两种 方 法 接 近且 优 于第 一 种。 进一步对 比图 3 、 4 ， 分析 已知揭 露断层 走 向与“ 阴 影区” 吻合情 况 ， 统计结果如表 2 。 表 2 已知断层走 向与“ 阴影 区” 吻合统计表 接收点数 吻合断层数 已知断层 总数 百分 比 l 6 2 0 3 6 5 6％ 21 2 4 3 6 6 7％ 由表 2可见 ， 从断层 走 向与“ 阴影区 ” 对应方面看 ， 第三种 方法优 于第 二种 方法 。而从 图 3 、 4看 ， 图 4中 断层走 向与“ 阴影 区” 在吻合 方面要 明显 强于 图 3 。显 然 ， 在 推测 隐 伏构 造 方 面 ， 第 三 种 方 法 2 1个 接 收 数 据 无论是在断层数量还是在断层走 向控制方面都有 不错效果 。 3 ． 3 实 际验 证 情况分析 根据采用 2 1 个接收数据 的方法所得 C T层析成像 图及 已揭露 的地质情况 ， ， 推测面 内隐伏 断层 9条 。回 采完成后， 通过该矿地质科提供的回采地质情况看， 断 层准确率达 8 9 ％ 8条断层 基本 吻合 ， 为该矿 的安 全 合理生产提供了依据 。 4结论 本文主要介绍在 同一工作面 内的三种不 同施工 方 法 ， 利用相同的处理软件 ， 分析各 种方法所 得 C T层析 成像图与实际现场 揭露 断层 在数量 、 走 向方面 的对应 情况。试验 表 明 ， 当接 收 数据 为 2 1个 时探 测 效果 更 好 ， 即发射 覆盖 范 围越大 、 发 射角度 越大 ， 接收数 据越 多探 测效果 越好 。当然 ， 考 虑到 电磁 波 的有 效穿 透深 度及施工 的劳动强 度 ， 覆 盖角度 也不能无 限制增大 。 通过施工方法 的改进及 大量 的坑透探 测工作 ， 可 以认 为坑透对预测 、 预报综采工作面 内的地质异常有 上接 第 1 0 2页 对地质体前方地质缺陷及含水性精 细 探测的地球物理手段。 原理 在发送 回线上供一个 电流脉 冲方 波 ， 在方波 后沿下降的瞬间 ， 产生 一个 向 回线 法线 方 向传 播 的一 次磁场 ， 在一次磁场 的激励 下 ， 地质 体将 产 生涡 流 ， 当 存在 良导体时 ， 由于电源切断 的一 瞬间 ， 在导 体内部将 产生涡流以维持一 次场 的切断 ， 所 观测 到 的过渡 过程 衰变速度将 变慢 ， 从 而发现 导体 的存 在 。反演 电阻率 大小 ， 从 而反演探测 区域 的水文地质情 况。 3 ． 3 井下超前 钻探 在 上述井下超 前综合 物探 的基 础上 ， 施工 井下 超 前钻孑 L ， 进一步验 收物探 成果 ， 发现新 的地质 问题 ， 准 确探 明掘进前方的含水性 、 断层 以及断层 的水文 特征 ， 控制 主要煤层 ， 探明掘进巷道 内的岩性 、 及其 他水文 地 质 、 工程地质 、 瓦斯地质条件。 4现场 施工 4 ． 1 综合物 探超 前探 测 一 7 8 0 m南翼 1 31 岩石 轨道 大巷 ， 自 2 0 0 7年 8 月 2 3日于 3 3点前 1 4 m开始到 s 7 1 点前 1 2 0 m进行连 续跟踪探测 ， 已进行 了 1 6次综 合物 探超 前探 测 ， 探测 控制距离 1 3 0 0 m。使用 矿井震 波超前探 测技术 探测巷 道前方地质构造 ， 矿井 网络并行 电法 ， 矿井 瞬变 电磁超 前探测巷道前方煤岩体 的富水 性评价 。 数据处理与解释过程中紧密结合探测任务 ， 根据 构造调查和富水性调查分别选用有针对性 的探测方 法。在数据处理中首先结合本巷道的地质以及地理物 理性质制定合理参数 以获得更准确 的探测结 果 。 1 6 次矿井震波超前探测解释地质异 常界面 2 8处 ， 实际揭露完全准确率 5 0 ％左右， 基本准确的4 2 ％ 误 差在 1 0 m范 围内 ， 完全不 准确 的 7 ％左右 。 l 6次 富水性探测 每次都 做到连续探测 全部覆 盖 ， 总体上岩层 的富水 性 不强 ， 局部解释 的富水 异常 区经 钻探 以及实际揭露 ， 基本符合 。 综合超前物探对钻孔 的设计 以及后期巷道 的掘进 都起到有效 的指导作用 。 4 ． 2井下超 前钻 探 沿巷道方 向施 工 四次前 探钻 ， 共 施工 3 6个钻 孔 ， 工程量 2 7 4 0 m， 探 明 了 F D 9 5不存 在 ， 以及 F D 1 0 81 、 F D 1 0 8一 b以及 F D 1 0 8断层的准确位置 、 落差 以及断层 面 内的水文地质情况 ， 瓦斯地质情况 ， 控制了 1 3 1 、 l 1 2煤层 的准 确位 置 以及 瓦斯情 况 ， 探 明巷 道所 穿过 岩层的水 文地质 、 工程 地质 、 瓦斯地质 条件 。 5经 验和 结论 1 精心设计组 织 ， 减少 附加工程 量和停 头时 间， 做到安全技术经 济一体 化。 ①大角度的钻孑 L 尽量在巷道内施工， 小角度钻场 在巷邦钻场内施工， 能使用压风排渣的， 不使用清水排 渣 ， 尽量少破坏掘进巷道顶底板处脆弱 的工程 地质、 水 文地质条件 。 ②使用重型钻机 ， 尽量施工深钻孔 ， 一次性控 制长 距离 ， 减少钻孔的施工次数 。 2 采取科 学 的技 术 方法 ， 准确 查清 掘进 前方 的 地质条件， 保证了巷道的安全快速掘进， 做到安全与生 产两不误 。 由于技术路线科学， 方法得当， 准确查清掘进前方 的煤层 位置 、 构 造情 况 、 水文 地 质、 工程 地 质、 瓦斯地 质 ， 并不 断地对 原有地 质资料进行修 改整理 ， 制定 出有 针对性的地质预测预报 ， 为施工单位的安全掘进起 到 了保驾护航 的作 用。