徐 慶,李鳳申,李 鑫

(棗莊礦業(yè)集團高莊煤業(yè)有限公司,山東 微山 277605)

1 工程概況

高煤公司所屬地層屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)魯西地層分區(qū)濟寧地層小區(qū),井田內(nèi)含煤地層為石炭—二疊紀(jì)月門溝群太原組、山西組,現(xiàn)采煤層3號煤位于山西組。3號煤中有平均厚度10 cm的夾矸,3號煤層分為3上煤層和3下煤層分層開采。

該公司采用前進式開采,上水平采空區(qū)越來越多,礦井運營成本、采場地質(zhì)條件復(fù)雜性逐年提高。斷層在構(gòu)造帶給頂板支護帶來很大的安全隱患,造成無效進尺甚至巷道報廢,浪費了人力、物力、財力。因此,對尋找掘進巷道斷失翼煤層的前瞻性、準(zhǔn)確性提出了更高的要求[1-3]。

2 方法一——層位對比法、生產(chǎn)鉆探法

2.1 地點:3上1106運輸巷

3上1106運輸巷地層綜合柱狀圖見圖1。

圖1 3上1106運輸巷地層綜合柱狀圖Fig.1 Comprehensive strata histogram of 3-1106 transportation roadway

3上1106運輸巷巷道頂?shù)装逦锢硇再|(zhì)、地層產(chǎn)狀如下：

1)3上煤基本頂為粉、細粒砂巖互層,厚度56.40 m～84.50 m,平均為66.50 m,粉砂巖,深灰色,質(zhì)純,塊狀構(gòu)造,含黃鐵礦星點狀及炭化植物化石碎片,具擦痕;細砂巖,灰色,質(zhì)不純,含粉砂質(zhì),以石英、長石為主含云母碎片及暗色礦物,泥質(zhì)膠結(jié),夾粉砂巖細條帶及菱鐵礦鮞狀條帶,構(gòu)成發(fā)育的水平、波狀及斜層理。

2)直接頂為粉粒砂巖,厚度6.15 m～9.15 m,平均為7.60 m,深灰色,質(zhì)純,塊狀,含炭化植物化石碎片及保存不完整的柯達樹化石。

3)直接底為砂質(zhì)泥巖,厚度4.82 m～17.2 m,平均8.4 m,深灰色,致密,含砂均勻,上部夾細砂巖條帶,含黃鐵礦及菱鐵礦結(jié)核。

4)基本底為粉粒砂巖,厚度8.93 m～14.07 m,平均10.80 m,灰黑色,質(zhì)純,致密,局部夾層狀菱鐵礦結(jié)核,具擦痕,壓性裂隙不發(fā)育。

3上1106運輸巷巷道頂?shù)装鍘r石強度參數(shù)如表1所示。

表1 巖石強度參數(shù)表Table 1 Rock stress parameters

3上1106工作面所處地層總體為單斜構(gòu)造,走向51°、傾向321°。煤巖層產(chǎn)狀較穩(wěn)定,煤巖層傾角最小7°,最大20°,平均11.8°[4]。

2.2 3上1106運輸巷斷失翼煤層的尋找

1)當(dāng)施工至隱伏斷層約130 m時,揭露兩條次生正斷層,落差分別為1.7 m、2.5 m,均未超過一個煤層厚度,煤巖層傾角接近平均值,巷道正常掘進。

2)每隔50 m在巷道底板和頂板+90°,設(shè)計施工2個鉆孔,分別探測3上煤層、3上煤層底板巖石厚度及3下煤層厚度,邊探邊掘,排查煤層有無較大斷層。3上1106運輸巷平面示意圖見圖2。

圖2 3上1106運輸巷平面示意圖Fig.2 Sketch map of 3-1106 transportation roadway

3)通過兩條次生正斷層后，巷道再掘進100 m，頂板巖層傾角突然變大，煤巖層傾角由后傾變前傾，滑面增多出現(xiàn)揉皺、破碎現(xiàn)象，煤體呈魚鱗狀，煤巖層產(chǎn)狀發(fā)生顯著變化。

4)在巷道17#導(dǎo)線點處底板上2.0 m、2.2 m處開孔，順煤巖層傾角設(shè)計-2°、-4°兩鉆，施工進尺31 m、39 m，鉆孔見粉砂巖，由圖1煤層綜合柱狀圖可知3上煤層頂板為粉粒砂巖，故用層位對比法判斷為3上煤層頂板，斷層位置的確定，見圖3。

圖3 3上1106運輸巷剖面示意圖Fig.3 Cross-section profile of 3-1106 transportation roadway

5)斷層位置探測清楚后，-90°、+90°由每隔50 m改為每隔20 m探測斷層落差；在該巷道18#導(dǎo)線點前10 m處，頂板+90°處一鉆：穿過1.2 m粉砂巖見厚度為4.5 m煤層(3上煤層)；18#導(dǎo)線點前12 m處，底板-90°處一鉆：依次穿過4.2 m煤(3上煤層)、9.7 m砂質(zhì)泥巖、3.5煤層(3下煤層)，則得出斷層落差為8.0 m、斷層性質(zhì)為逆斷層。

6)巷道由下山-4°煤層底板掘進更改為上山挑頂+9°掘進,以較短破巖石距離掘進至對盤3上煤層底板砂質(zhì)泥巖及3上煤層中。

3 方法二——作圖分析法、規(guī)律類推法

3.1 地點:3上1106撤架通道

3上1106撤架通道的頂?shù)装逦锢硇再|(zhì)、地層產(chǎn)狀與3上1106運輸巷基本一致。

3.2 3上1106撤架通道斷失翼煤層的尋找

1)收集已揭露3上1106運輸巷及3上1106材料巷相關(guān)地質(zhì)資料,計算出開門點3上煤層底板標(biāo)高Bk為-487.2 m,煤層傾角為7°,代入式(1)(2),推算出物探斷層FD18上盤斷煤交線處3上煤層底板標(biāo)高Bs:

Hgc=L×sina=99.7×sin 7°=12.2 m.

(1)

Bs=Bk+Hgc=-487.2+12.2=-475.0 m.

(2)

式中:Hgc為開門點至FD18上盤斷煤交線處高差,m;L為開門點至FD18上盤斷煤交線處平距,99.7 m;a為煤層傾角,7°;Bs為FD18上盤斷煤交線處3上煤層底板標(biāo)高, m;Bk為開門點處3上煤層底板標(biāo)高,-487.2 m。

同理，計算得出下盤3上煤層底板標(biāo)高Bx=-482.0 m。圖4為3上1106 撤架通道平面示意圖,由圖4可知FD18物探斷層產(chǎn)狀為后傾,而計算結(jié)果為前傾。在圖4距離物探斷層預(yù)測位置99 m處,3上1106材料巷揭露兩條斷層產(chǎn)狀為前傾,結(jié)合規(guī)律類推法可推測此斷層產(chǎn)狀為前傾[5-6]。

圖4 3上1106 撤架通道平面示意圖Fig.4 Sketch map of 3-1106 removal roadway

2)當(dāng)巷道掘進至2#點前9 m時順煤層傾角+8°、+10°超前探測2鉆,分別在18 m、17.4 m處見到粉粒砂巖斷層面;由于上部透窩老巷道1106材料巷標(biāo)高與2#點標(biāo)高基本一致,則巷道由上山掘進改為臥底平巷掘進。3上1106撤架通道剖面示意圖見圖5。

圖5 3上1106 撤架通道剖面示意圖Fig.5 Cross-section profile of 3-1106 removal roadway

3)當(dāng)巷道施工至2#點前39 m時,-90°巷道底板施工一鉆進尺19 m,依次穿過3上煤層、3上煤層底板砂質(zhì)泥巖、3下煤層,則斷層性質(zhì)與斷距確定。

4 結(jié)束語

由于尋找斷失翼煤層準(zhǔn)確及時,在該公司3上1106運輸巷、3上1106撤架通道掘進中分別挑頂、臥底,以較小的破巖石量通過這兩條斷層,避免了無效進尺。

在實際操作中一種方法尋找斷失翼煤層往往比較困難,通常需要結(jié)合多種方法進行比較分析,才能做出準(zhǔn)確判斷。該公司結(jié)合實際地質(zhì)資料,現(xiàn)場觀測煤巖層狀的異常,結(jié)合見斷層前的征兆加密鉆探,較準(zhǔn)確的尋找到斷失翼煤層,給斷層處理指明了方向,為中小煤礦處理此類問題提供了借鑒。