顾桥矿南翼大巷过地质构造异常带超前探测技术.pdf

矿 业 科 学 技 术 第 3 8卷 第 3 ／ 4期 顾桥矿南翼大巷过地质构造异常带超前探测技术 中庆涛 ， 陈辉 淮南矿业集团顾桥 矿地 测科 ， 安徽淮南2 3 2 0 0 1 摘要 以顾桥煤矿地质异常带的探测工程为背景 ， 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， 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 P 6 3 l 文献标识码 A 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 5～l 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 l l O、 F 8 l ～ F 8 7两大断层带之间。井 田范围 北起 F 8 1 断层 ， 南止 F 2 1 1断层 ， 东以三十一线与丁 集井田为界 ， 两与顾北矿为界 。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 1 31 、 1 1 2 、 8 、 62 、 4和 1 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 3 1 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 4 1 在地质异常带内， 一7 8 0 m南 翼 1 3一1 岩石胶 带机大巷有 7 l 6 m F D 9 5～F 1 1 41 在地质异常带 内。探明该地质异常带的情况对顾桥矿的产生建 设有重大意义 ， 将为矿的生产建设提供第一手的基 础资料。 1 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 l 3 1 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 61 、 1 71 、 1 1 2煤层 以及 1 3 一 l煤层。两条巷道一次将过 F D 9 5、 F D 1 0 81 、 FD1 0 8 一b、 FDl 0 8、 FD1 0 8 一 a、 FD7 7、 FD7 6、 FD1 1 4 一 l以及一些未探明的中小断层。 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 l 煤层底板灰岩 ， 有 沟通强含水层 ， 可能含水并成为向采掘空间充水的 通道。同时开放式的张性断层瓦斯储存 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。根据地面钻孑 L 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。 2 技术路线 为保证巷道的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。采区地面物探和钻探对地质异常带 进行排查和初步控制。在初步控制的基础上 ， 井下 采掘活动接近异常带前采取综合超前物探 ， 之后采 用井下超前钻探来验证的三步走的技术路线。 2 ． 1 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 钻孑 L ， 钻孑 L 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 ， 钻孑 L 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。 2 ． 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。主要采 用的技术为 1 矿井震波超前探测 m s p 技术在沿 巷 道后方布置震源， 利用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。分析处理这些反射 波就可以反演处前方的地质条件和水文地质条件。 第 3 ／ 4期 申庆 涛， 等 顾桥矿 南樊 大巷过地 质构造异常带超前探测技术 6 9 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 矿井瞬变 电磁超前探测技术是近年来 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。 原理是 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。 2 ． 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 超前钻孔 ， 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。 3 现场施工 1 综合物探超前探 测 一7 8 0 m南翼 1 3 1 岩石轨道大巷 ， 自2 0 0 7年 8月 2 3 日 3 3点前 1 4 m开始到 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。 l 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 根本没见到 。 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。 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 | 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 31 、 1 12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。 4 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。 大角度的钻孔 ， 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。 使用重型钻机 ， 尽量施工深钻孑 L ， 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 。 在地质异常带走一条切实可行 的地面物探钻 探初步控制 ， 井下超前综合物探探测 ， 后辅 以钻探 进行验证的技术路线。由于技术路线科学 ， 方法得 当， 精心设计 ， 合理组织 ， 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 ， 再制定 出有 针对性 的地质预测预报 ， 为施工单位的安全掘进带 来技术保障起到了保驾护航的作用。