趙 帥

（汾西礦業(yè)正文煤業(yè)，山西 孝義 032300）

正文煤業(yè)是汾西礦業(yè)集團(tuán)公司的下屬煤礦，位于山西省孝義市。該礦開采太原組的10號煤層，礦井地質(zhì)條件中等，中小型斷層以及陷落柱較發(fā)育。斷層造成工作面頂?shù)装迤扑?，支護(hù)難度加大。綜采工作面因為地質(zhì)構(gòu)造的影響重新開設(shè)切眼，導(dǎo)致煤礦開采成本增大。正文煤業(yè)井下斷層大部分都是正斷層，逆斷層比較罕見，且落差一般都小于1m，延伸距離短，對采掘影響較小。由礦地測科提供礦斷層規(guī)模概率統(tǒng)計表（表1）可見斷層之多。鑒于此，提前掌握地質(zhì)構(gòu)造的分布發(fā)展規(guī)律，采取合理的技術(shù)措施，成了礦地測科工作的重中之重。礦地測人員根據(jù)多年的經(jīng)驗總結(jié)出了一套對本礦十分有效的過地質(zhì)構(gòu)造的方法，包括預(yù)測預(yù)報制度、層位確認(rèn)制度、物探鉆探相結(jié)合探測手段等，在預(yù)測預(yù)報技術(shù)中坑透是十分高效可靠的。

表1 正文煤業(yè)斷層規(guī)模概率分布統(tǒng)計

1 無線電波坑道透視儀的基本原理

坑透的基本原理是不同物質(zhì)對電磁波的吸收能力不同。煤系地層中煤層頂?shù)装宓碾娮杪时让簩拥碾娮杪实?，一般情況下低阻巖性比高阻巖性對電磁波的吸收能力強(qiáng)?？油傅拇蟾殴ぷ鬟^程就是在綜采工作面的一條巷道內(nèi)發(fā)射電磁波，在另一條巷道內(nèi)接收電磁波，當(dāng)綜采工作面內(nèi)存在地質(zhì)異常體時電磁波的衰減就會增大，這時接收回線接收的電磁波就會減少，根據(jù)這個原理就可對地質(zhì)異常體進(jìn)行推斷。

坑透方法一般有定點法和同步法兩種。同步法是指發(fā)射回線發(fā)射電磁波和接收回線接收電磁波的速度相同，兩個回線在綜采工作面兩條巷道內(nèi)同時進(jìn)行位移；定點法是指發(fā)射回線在一定時間內(nèi)在固定的地點進(jìn)行發(fā)射電磁波，而接收回線在另一條巷道的一定距離內(nèi)接收電磁波。由于發(fā)射回線組裝較為復(fù)雜，長時間緊湊型地進(jìn)行移動給操作人員帶來很大的不便，所以在煤礦井下地質(zhì)人員一般采用定點法[1]。定點法的基本工作原理如圖1所示。

圖1 坑透定點法基本工作原理示意圖

2 正文煤業(yè)11103綜采工作面基本地質(zhì)情況

正文煤業(yè)隸屬汾西礦業(yè)集團(tuán)公司，位于山西省孝義市，主要含煤地層為山西組的2號煤和太原組的11號煤，其中2號煤厚0.4～2.7m，平均厚1.98m，為大部可采的穩(wěn)定煤層；11號煤厚2.0～2.4m，平均2.2m，為大部可采的穩(wěn)定煤層。礦井現(xiàn)開采11號煤層，屬瓦斯礦井，煤層自燃傾向性為Ⅱ級容易自燃，煤塵有爆炸性。11103綜采工作面走向長993m，傾向長160m。水文地質(zhì)條件為中等，主要影響因素為頂板K3灰?guī)r水，該含水層含水性較弱，主要表現(xiàn)形式為滴水，偶爾可見滴水成線現(xiàn)象，該含水層只能惡化工作面采掘環(huán)境，不會對安全生產(chǎn)造成威脅。11103綜采工作面在掘進(jìn)期間共揭露10條斷層，其中切眼內(nèi)揭露3條，落差在0.5～3.2m之間，為中小型斷層。為查明這些斷層在工作面內(nèi)部的延伸情況以及工作面內(nèi)部隱伏的其他地質(zhì)構(gòu)造，確保工作面安全綜采，礦地測科組織人員對11103綜采工作面進(jìn)行了坑透工作。

3 井下坑透作業(yè)過程

本次探測工作采用煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院生產(chǎn)的WKT-E型無線電波坑道透視儀。因工作面傾向較長，應(yīng)選用穿透距離長而且精度較高的頻率，經(jīng)井下探測頻率實驗，選用0.5Hz的頻率。因順槽長度較長且具有一定的坡度，為減小工作人員勞動強(qiáng)度采用定點法進(jìn)行探測。本次發(fā)射間距為50m，探測點間距設(shè)定為10m，每個發(fā)射點對應(yīng)11個接收點。11103材運(yùn)兩巷各布設(shè)19個發(fā)射點、100個接收點。進(jìn)行探測工作時每個發(fā)射點發(fā)射3min，對應(yīng)的11個接收點在3min內(nèi)接收完畢，每次發(fā)射點對應(yīng)的接收點中有5個接收點是重疊的，以保證能夠全面覆蓋綜采工作面內(nèi)部。更換發(fā)射點的時間為1min，每次循環(huán)為4min，探測工作共需約4h。

坑透是一種電磁法物探手段，金屬會對其產(chǎn)生較大的影響，在進(jìn)行探測工作時應(yīng)盡量避免金屬器械的影響。綜采工作面較大的金屬器材有皮帶支架和液壓支架，尤其是皮帶支架貫穿于整個材料巷或者運(yùn)輸巷，應(yīng)設(shè)法避開。一般情況下綜采工作面形成后原順槽內(nèi)掘進(jìn)期間安設(shè)的皮帶及皮帶支架不適用于回采，煤礦都會將皮帶及皮帶支架進(jìn)行拆除替換。坑透工作最好選在順槽內(nèi)皮帶支架拆除后這段時間內(nèi)進(jìn)行。坑透前應(yīng)將巷道內(nèi)的積水排完，工作面停電。探測前地質(zhì)人員應(yīng)對兩巷已揭露的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行確認(rèn)，以便確定測點的位置，保證最佳結(jié)果。

4 坑透成果

經(jīng)過軟件處理成圖圈定了4處比較明顯的異常區(qū)，如圖2所示。

圖2 11103綜采工作面坑透異常區(qū)示意圖

通過對比兩巷已揭露的地質(zhì)構(gòu)造對4個異常區(qū)進(jìn)行了鉆探驗證，基本探明了地質(zhì)構(gòu)造的類型以及發(fā)育規(guī)模、走向等。11103綜采工作面現(xiàn)已回采完畢，所有的異常區(qū)都已揭露，現(xiàn)對坑透結(jié)論、鉆探驗證結(jié)論和實際揭露的結(jié)果進(jìn)行對比總結(jié)。

異常區(qū)一：位于11103綜采面0～150m范圍內(nèi)。該異常區(qū)范圍較大，結(jié)合其附近已經(jīng)揭露的落差為3.2m的斷層，推斷主要為該斷層向工作面內(nèi)部延伸所致，經(jīng)鉆探驗證該斷層向內(nèi)部延伸約80m，落差逐步減小至消失，實際揭露該斷層向工作面內(nèi)部延伸約77m，與鉆探驗證結(jié)論基本一致。

異常區(qū)二：位于11103綜采面材運(yùn)兩巷200～260m范圍內(nèi)，該異常區(qū)范圍比較小。該異常區(qū)未在巷道內(nèi)揭露地質(zhì)構(gòu)造，推斷工作面內(nèi)部可能發(fā)育有小型斷層或陷落柱，鉆探驗證未見明顯地質(zhì)構(gòu)造，推斷該異常區(qū)為材料巷臨時水倉及排水泵影響所致，回采期間該異常區(qū)未見地質(zhì)構(gòu)造異常，只有一處小褶曲，對回采無影響。該異常區(qū)可能為干擾因素或小褶曲影響所致。

異常區(qū)三：位于11103綜采面800～870m范圍內(nèi)，異常區(qū)范圍比較小。推斷為運(yùn)輸巷已揭露的落差為1.6m的斷層向工作面內(nèi)部延伸所致，經(jīng)鉆探驗證該斷層延伸距離約20m，落差逐步減小至消失，實際揭露該斷層向工作面內(nèi)部延伸24m，與鉆探驗證結(jié)論基本一致。

異常區(qū)四：位于11103綜采面1050～1130m范圍內(nèi)，該異常區(qū)域在運(yùn)輸巷比材料巷大，推斷為已揭露的落差為0.8m的斷層向內(nèi)部延伸所致。鉆探驗證該斷層落差向工作面內(nèi)部延伸約15m后消失。另外在距離運(yùn)輸巷煤幫約30m處有一個陷落柱，長軸約34m，短軸約28m；實際揭露斷層發(fā)展與鉆探結(jié)論基本一致，陷落柱長軸為36m，短軸為27m。實際揭露情況與鉆探驗證結(jié)論基本一致。

現(xiàn)工作面已回采完畢，除坑透結(jié)論所示的異常區(qū)外未揭露新的異常區(qū)，已發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)除二號異常區(qū)外實際揭露情況與鉆探驗證結(jié)論基本一致。

5 結(jié)語

坑透儀器能夠準(zhǔn)確探測到綜采工作面內(nèi)部的地質(zhì)異常區(qū)。正文煤業(yè)斷層發(fā)育較多，為綜采工作面帶來了很大的影響，坑透技術(shù)能夠很好地圈定異常區(qū)，最大限度地減小地質(zhì)構(gòu)造對綜采的影響。由于綜采工作面本身一些無法剔除的影響因素，如鐵絲網(wǎng)、監(jiān)控電纜等，都會導(dǎo)致假異常區(qū)的出現(xiàn)，應(yīng)結(jié)合已有的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全方面的分析論證。