屈花榮，沈永坤

（韓城礦業(yè)有限公司 桑樹坪煤礦，陜西 韓城 715407）

0 引 言

查明地質(zhì)構(gòu)造、水、瓦斯、井下火區(qū)等隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素并開展預(yù)測預(yù)報(bào)，是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)工作之一。但是由于煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素具有復(fù)雜性、多樣性和隱蔽性等特點(diǎn)，在普查過程中探查難度大、成本高，且隨著煤礦開采深度的逐漸增加，隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素的類型不斷增加，致災(zāi)程度也在不斷加重。因此，多種探查手段、方法在煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素普查中的應(yīng)用，可以更好的實(shí)現(xiàn)地質(zhì)條件的精準(zhǔn)探查。三維地震勘探和瞬變電磁勘探均為地球物理勘探中應(yīng)用較為成熟和主流的探測方法，為了精準(zhǔn)查明韓城桑樹坪煤礦未來接續(xù)生產(chǎn)的北二采區(qū)范圍內(nèi)各類隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素，此次研究依據(jù)三維地震勘探和瞬變電磁綜合物探方法的探查成果，對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)異常體進(jìn)行了全面分析和評(píng)價(jià)，為北二采區(qū)未來采掘范圍內(nèi)的安全生產(chǎn)提供了依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

韓城桑樹坪煤礦為渭北煤田韓城礦區(qū)的主要生產(chǎn)礦井之一，礦井目前主采下二疊統(tǒng)山西組（P1s）的3 號(hào)煤層，煤層平均厚度6.33 m。

礦井在開采3 號(hào)煤層時(shí)，面臨的主要地質(zhì)問題包括瓦斯（該礦為煤與瓦斯突出礦井）、水（礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜）、地質(zhì)構(gòu)造（井田內(nèi)小斷層較發(fā)育） 等，此外，由于本區(qū)地處華北石炭二疊系巖溶裂隙水害區(qū)，以往的開采實(shí)踐中揭露過巖溶陷落柱，因此煤層底板隱伏導(dǎo)水構(gòu)造（斷裂、陷落柱） 也是主要的潛在隱患之一。

北二采區(qū)位于桑樹坪煤礦北部（圖1），目前處于準(zhǔn)備階段，是礦井未來的主要接續(xù)采掘區(qū)域。依據(jù)以往勘探資料顯示，北二采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為簡單，基本構(gòu)造形態(tài)為一走向北北東、傾向北西西、沿走向和傾向有寬緩波狀起伏的單斜構(gòu)造，地層傾角一般在7°左右，未見落差大于10 m 的斷裂；主要地下含水層為第四系砂礫層孔隙潛水中等含水層組、二疊系砂巖層裂隙承壓弱含水層組、石炭系砂巖（灰?guī)r） 裂隙承壓極弱含水層組和奧陶系石灰?guī)r溶隙溶洞承壓強(qiáng)含水層組。

2 綜合物探探查工程

為保證北二采區(qū)未來接續(xù)生產(chǎn)的安全進(jìn)行，進(jìn)一步探查北二采區(qū)范圍內(nèi)主采煤層賦存情況和隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素，桑樹坪煤礦開展了三維地震和瞬變電磁綜合勘探工程。

北二采區(qū)位于井田北一采區(qū)4321 工作面切眼運(yùn)順口向北250 m、北一上部井田邊界以西1 100 m 處，采區(qū)南北走向長3 147.2 m，東西傾向?qū)? 770 m，采區(qū)面積5.57 km2。此次勘探范圍與北二采區(qū)范圍保持一致，如圖1 所示。

圖1 探查范圍位置Fig.1 Exploration range location

此次完成三維地震線束27 束，檢波線88 條，總計(jì)完成物理點(diǎn)4 759 個(gè)；瞬變電磁勘探全區(qū)共完成試驗(yàn)點(diǎn)物理點(diǎn)60 個(gè)，完成檢查點(diǎn)344 個(gè)，總物理點(diǎn)7 604 個(gè)。

3 探查成果分析

此次探查重點(diǎn)對(duì)桑樹坪北二采區(qū)主采煤層埋藏深度、構(gòu)造形態(tài)及落差5 m 以上斷層、奧灰頂界面起伏形態(tài)及構(gòu)造發(fā)育情況、陷落柱及2 號(hào)煤至奧灰頂界面以下100 m 范圍內(nèi)的含水、導(dǎo)水構(gòu)造的平面分布范圍及橫向、垂向聯(lián)通關(guān)系進(jìn)行了綜合解譯和分析。

3.1 煤層起伏和褶皺

區(qū)內(nèi)3 號(hào)煤厚度較大，一般為2.7～8.4 m。南部的98 孔與北部的B12P-2、B14-3 鉆孔兩處附近為3 個(gè)厚煤帶，煤層厚度在8 m 左右；薄煤帶分布在B13p-5 孔附近，煤層厚度約2.7～4.0 m。

2、3、11 號(hào)煤層底板起伏形態(tài)基本一致，煤層間距相對(duì)穩(wěn)定，構(gòu)造較簡單。區(qū)內(nèi)煤層底板標(biāo)高變化穩(wěn)定，3 號(hào)煤底板標(biāo)高180—340 m，煤層的最高點(diǎn)在測區(qū)東北部背斜的軸部，最低點(diǎn)均在測區(qū)西南部向斜的軸部。

區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育一般，褶曲較發(fā)育，控制著整個(gè)煤層的起伏形態(tài)。根據(jù)褶曲發(fā)育情況，全區(qū)可分為3 部分。第一部分為勘探區(qū)西南部，為f3 向斜，軸向NWW，北翼產(chǎn)狀比較穩(wěn)定，南翼有軸向北東的更次一級(jí)褶皺疊加，傾角變化較大；第二部分為勘探區(qū)東北部，為f4 馬家塔背斜，軸向NWW，此次勘探區(qū)主要位于南翼；第三部分為勘探區(qū)中部f3向斜和f4 馬家塔背斜之間的過渡區(qū)，煤層傾角較緩。

此外，除了上述2 個(gè)較大的褶皺之外，撓曲較發(fā)育，形式多樣，并多以組合形式出現(xiàn)，造成煤層厚度多變。此次共解釋撓曲共11 處。

3.2 斷 層

此次共抽取斷點(diǎn)73 個(gè)，A 級(jí)斷點(diǎn)27 個(gè)，B 級(jí)斷點(diǎn)46 個(gè)，組合斷層16 條，其中15 條為新發(fā)現(xiàn)斷層。斷層性質(zhì)均為正斷層，落差＜5 m 的斷層有10 條（DF1~DF6、DF10、DF12、DF14、DF15），落差5 ~ 10 m 的斷層有6 條（DF7 ~ DF9、DF11、DF13、DF16）。

由于大部分?jǐn)鄬勇洳罴把由炀嚯x較小，通過將揭露斷層與異常平面圖上低阻異常區(qū)的位置關(guān)系并參照斷面圖進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)得出本區(qū)解譯的斷層含水性主要以弱含水和局部含水為主。

3.3 采空區(qū)

桑樹坪煤礦東部為淺埋煤層區(qū)，早期存在較多的周邊小煤窯，勘探共解釋采空區(qū)共2 處，分別位于勘探邊界的東北側(cè)和東南側(cè)，如圖2 所示。東南側(cè)的采空區(qū)為老窯采空區(qū)擴(kuò)張區(qū)；東北側(cè)的采空區(qū)為2 號(hào)井采空區(qū)邊界冒落影響帶。由于采空區(qū)對(duì)下伏地層反射波存在屏蔽作用，對(duì)3 號(hào)煤層采空區(qū)下方11 煤反射波信息影響較大。

圖2 3 號(hào)煤層隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素探查成果Fig.2 Exploration results of geological factors hiddenly causing damage of No.3 coal seam

3.4 奧灰頂界面形態(tài)

結(jié)合鉆孔資料對(duì)其進(jìn)行分析，奧灰的頂界面標(biāo)高40—250 m，起伏比較平緩。

3.5 各主要層位異常含、富水性及垂向聯(lián)通關(guān)系分析

經(jīng)過對(duì)瞬變電磁法勘探數(shù)據(jù)的處理及分析解釋，基本查明了勘查區(qū)目標(biāo)地層的含、富水性及分布范圍。各異常區(qū)及推斷成果見表1。

表1 各目標(biāo)層異常解釋推斷成果統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of abnormal interpretation and inference results at each target seam

測區(qū)內(nèi)主要異常分別為2 號(hào)煤層附近的2-1、2-2、2-3 和2-4 號(hào)低阻異常區(qū)、3 號(hào)煤層附近的3-1、3-2、3-3 和3-4 號(hào)低阻異常區(qū)、11 號(hào)煤附近的11-1、11-3 號(hào)低阻異常區(qū)、奧灰頂界下50m附近的O50-1、O50-3、O50-4 號(hào)低阻異常區(qū)和奧灰頂界下100 m 附近的O100-1、O100-3、O100-4號(hào)低阻異常區(qū)，如圖3 所示。為便于分析各異常區(qū)垂向上的連通關(guān)系，根據(jù)它們垂向上的分布位置，將2-1、3-1、11-1、O50-1 和O100-1 號(hào)低阻異常區(qū)統(tǒng)稱為Ⅰ號(hào)低阻異常區(qū)；2-2、3-2 號(hào)低阻異常區(qū)統(tǒng)稱為Ⅱ號(hào)低阻異常區(qū)；2-3、3-3、11-3、O50-3 和O100-3 號(hào)低阻異常區(qū)統(tǒng)稱為Ⅲ號(hào)低阻異常區(qū)；2-4、3-4、O50-4 和O100-4 號(hào)低阻異常區(qū)統(tǒng)稱為Ⅳ號(hào)低阻異常區(qū)。

圖3 各異常平面立體示意Fig.3 Each anomaly plane stereoscopic diagram

Ⅰ號(hào)低阻異常區(qū)位于測區(qū)西北部，該異常在2號(hào)煤層異常平面和奧灰頂界下50 m 異常平面中分布范圍相對(duì)較大，異常相對(duì)較強(qiáng)。根據(jù)上節(jié)分析可知，該異常區(qū)所在位置地層傾角變化較大，推斷其主要成因與地層局部起伏導(dǎo)致的裂隙發(fā)育富水有關(guān)。該異常雖然在不同層位均有表現(xiàn)，但并無明顯構(gòu)造，僅在南側(cè)有斷距較小的小斷層發(fā)育，不具備上下導(dǎo)通的條件。

Ⅱ號(hào)低阻異常區(qū)位于測區(qū)中西部、1 號(hào)異常的南側(cè)，局部層位有與3 號(hào)異常相連趨勢。該異常分布范圍比較分散，異常相對(duì)較強(qiáng)。根據(jù)上節(jié)分析可知，其主要成因與地層局部裂隙發(fā)育富水有關(guān)，在南側(cè)有斷層和撓曲發(fā)育，構(gòu)造的存在有利于裂隙發(fā)育，因此推斷其在局部層位存在上下導(dǎo)通的可能性。

Ⅲ、Ⅳ號(hào)低阻異常區(qū)位于測區(qū)中東部地層埋深相對(duì)較淺位置。該異常分布范圍較大，異常相對(duì)較強(qiáng)。從各層位低阻異?？臻g分布圖來看，2-3、2-4、3-3、3-4 號(hào)異常區(qū)在平面分布位置較一致，且斷面圖顯示上下層位有著上下聯(lián)通的趨勢；3-3、3-4、11-3 號(hào)異常區(qū)在平面分布位置較一致，但由于3 號(hào)煤和11 煤距離較遠(yuǎn)，并且這兩個(gè)層位含水層組之間有多個(gè)隔水層，在正常情況下各煤層頂、底板砂巖裂隙含水層之間水力聯(lián)系較差，推斷其不具備上下導(dǎo)通的條件；11-3、O50-3、O50-4、O100-3、O100-4 號(hào)異常區(qū)平面分布較一致，由于11 煤和奧灰頂界面距離較近，可能會(huì)溝通上下兩個(gè)層位，從而使上下兩個(gè)層位在垂向上存在水力聯(lián)系。

3.6 其他地質(zhì)異常體

此次探查雖然未見巖溶陷落柱，但發(fā)現(xiàn)了局部的層滑構(gòu)造。在三維地震解釋過程中發(fā)現(xiàn)，2、3、

11 號(hào)煤層反射波比較穩(wěn)定，局部出現(xiàn)波形異常，主要表現(xiàn)為波形變化、能量變化。這些變化有可能與層滑構(gòu)造有關(guān)。共發(fā)現(xiàn)2 處異常區(qū)，C1 異常區(qū)位于測區(qū)中部偏西南，平面形態(tài)近橢圓狀，長軸方向近WE 向，長軸長約190 m，短軸長約135 m；C2 異常區(qū)位于測區(qū)中部偏西北，平面形態(tài)為扇狀，長軸方向近SN，軸長約80 m。

4 結(jié) 論

此次探查解釋的煤層底板形態(tài)更加精細(xì)，構(gòu)造更豐富，采空區(qū)邊界也較該礦之前圈定區(qū)域有所擴(kuò)大。

（1） 查明了北二采區(qū)3 號(hào)煤層構(gòu)造形態(tài)，整體表現(xiàn)為f3 向斜和f4 馬家塔背斜及兩者之間的過渡區(qū)，傾角小于10°；3 號(hào)煤底板標(biāo)高180—340 m，煤層的最高點(diǎn)在測區(qū)東北部背斜的軸部，最低點(diǎn)均在測區(qū)西南部向斜的軸部。

（2） 區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)撓曲11 個(gè)；查明了落差5 m以上斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀、延伸方向，共解釋斷層16 條，新發(fā)現(xiàn)斷層15 條，全部為正斷層，落差均小于10 m。

（3） 查明了區(qū)內(nèi)2 處3 煤層開采的采空區(qū)邊界及其影響區(qū)。

（4） 查明了北二采區(qū)3 號(hào)煤層頂?shù)装搴畬拥母凰闆r，并解釋了5 處裂隙富水區(qū)；解釋了奧灰含水層的起伏形態(tài)和富水性，解釋了奧灰頂界面下50 m 處奧灰灰?guī)r富水區(qū)4 處和下100 m 處奧灰灰?guī)r富水區(qū)5 處；解譯了2 處層滑構(gòu)造，但未發(fā)現(xiàn)直徑大于30 m 的陷落柱。