王莊井田陷落柱探測方法對比探析范文

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摘要:井田陷落柱的存在對煤礦安全生產造成了極大隱患，采用合理方法對其進行有效探測具有重要意義。文章基于對王莊煤礦陷落柱分布特征的分析，以8108工作面風巷和8103工作面內陷落柱探測為例，分別探討了鉆探法和無線電波透視法在陷落柱探測中的應用，并對兩種方法存在的優缺點以及兩者的有效結合進行了分析總結。

關鍵詞:陷落柱;探測;鉆探;無線電波透視法

我國石炭—二疊紀煤田基底分布著一種特殊的地質構造，即陷落柱，又叫巖溶陷落柱，其主要是在受到地質構造、地應力和地下溶水的長期影響，溶洞上下覆巖層及圍巖受到破壞和塌陷形成的。陷落柱在我國華北大部分礦區均有分布，據不完全統計，已揭露陷落柱個數超過3700個，而山西省占據了其中的95%以上［1］。潞安礦區因其特殊的地質構造環境，發育有大量的陷落柱，根據地質情況調查，潞安礦區揭露陷落柱個數已經超過100個［2－3］，其中王莊煤礦揭露近60個，而隨著王莊煤礦開采活動向深水平延伸，這一數字還會不斷攀升。巖溶陷落柱的廣泛發育，尤其是處于奧灰水承壓區的陷落柱的存在，直接增加了陷落柱突水的可能性，對安全生產造成了極大隱患［4］。為了保證開采活動的安全實施，對陷落柱的形狀和分布，以及其內部含水情況進行全面勘探，以及采取有效的防治措施具有重要意義。

1王莊煤礦陷落柱的分布特征

王莊煤礦位于潞安礦區東部，沁水煤田東翼中部，我國東部新華夏構造體系第三隆起帶中段，即太行山新華夏系一級隆起之上的二級構造帶，晉(城)—獲(鹿)褶斷帶與武鄉－陽城凹褶帶之間，地層總體為NNE向，向西緩傾，沿走向和傾向均呈波狀起伏，傾角5～15°。區域現揭露和坑透分析陷落柱53個，垂向呈漏斗形，個別倒漏斗形，水平呈橢圓形或近圓形，規模大小不一，直徑50～150m，柱面不規則，柱內含水，附近煤層產狀有變化，向柱內傾斜。由于受到地質構造和地下水動力條件的影響，近63%的陷落柱發育分布在斷層及向斜、背斜軸附近，尤其在斷層密集處和斷層上盤，并且陷落柱的長軸多為南北向，與斷層構造線近似垂直，煤層頂板標高大于680m，陷落柱發育，尤其在680～720m一帶，陷落柱發育突出近5．7個/km2，煤層頂板標高小于680m，陷落柱發育較少1．7個/km2。

2陷落柱的探測方法

隱伏地質的探測方法主要包括三維地震勘探、鉆探和無線電波透視法(坑透法)等，其中三維地震勘探主要用于礦井大范圍地質構造勘探，成本高，勘探結果主要用于礦井地質構造方面的宏觀分析和指導，不適合運用到工作面和掘進巷道內具體陷落柱的探測。本文以王莊煤礦8108工作面和8103工作面為例，分別介紹鉆探和無線電波透視法在陷落柱探測中的應用。

2．1鉆探法探測陷落柱

鉆探法是利用專業鉆機鉆桿對井田內地質異常區進行鉆探驗證和判斷。本文以8108工作面某疑似陷落柱探測為例介紹鉆探法探測陷落柱的具體方法。根據三維地震勘探顯示，8108工作面風巷1900～2000m處，左幫約30m左右存在疑似陷落柱X17，為了進一步確定疑似陷落柱的大小、形狀及位置，給巷道掘進提供準確的參考數據，必須進行鉆探驗證工作。鉆孔設計如下:在距離風巷開口處1900～2000m內設計鉆探位置，鉆孔編號為1～10號，方位角和垂直角設定如下:1號，方位角342°，垂直角+1°;2～9號，方位角0°，垂直角－1°;10號，方位角25°，垂直角－1°。鉆孔距巷道底板高度0．8～1．6m，探測深度120m。所有鉆孔方位角和垂直角設計主要參考于三維地震勘探結果，實際施工鉆孔角度選擇按照現場鉆探情況來定。探測結果。陷落柱X17位置處于8108風巷新風24號點前8．5m，距離左幫30．6m，陷落柱水平呈近圓形，長軸為72m，方向與風巷成約46°夾角。

2．2無線電波透視法

無線電波透視法是目前煤礦常用的一種物探手段，其基于高頻率無線電波在不同介質中傳播能量損耗程度來判斷地質構造，廣泛應用于隱伏地質構造勘探，與煤層相比，陷落柱電阻較低，對電磁波具有強烈的吸收能力，形成所謂的電磁波“透視異常區”，從而進行陷落柱的辨別［5－6］。本文以8103工作面為例，探討了無線電波透視法在陷落柱探測中的應用，其中選用定點法進行布置探測，具體方法布置。8103工作面點位沿巷道走向布置，切眼為0號，停采線位置為81號，信號接收間隔10m，信號發射間隔50m，共布置測線長度810m，每個發射點可以同時接收11個點位的場強值，可以有效保證同一測點獲取兩次重復觀測值。對8103工作面實測場強值進行綜合分析，得出工作面CT綜合成果圖。工作面探測范圍內15號－55號探測點之間存在“坑透異常區”，即距離工作面150～550m之間，呈現兩種不同的衰減特征，15號－35號點之間異常范圍近200m，根據衰減特征和區域原有地質構造進行分析，可能發育有小斷層或者小陷落柱，35號－55號之間異常范圍近200m，電磁波衰減明顯，推斷該范圍可能發育有較大陷落柱，范圍約在36號－52號之間，長軸方向近似沿工作面傾向。

3探測方法對比

鉆探法是生產礦井中常用的手段之一，鉆探方法靈活，探測精度高，其主要是利用陷落柱的分布特征和受陷落柱影響的巖層地質構造異常來進行陷落柱的判斷，可以用于掘進巷道超前探測和由巷道圈定的工作面內疑似陷落柱的探測，但鉆探法的實施比較盲目性，一般是在三維地震勘探或者坑透法探測結果基礎上對疑似陷落柱進行探測，除此之外在巷道掘進過程中用于地質構造的超前探測?？油阜ㄊ且环N物探手段，其是利用電磁波通過陷落柱出現電性異常對陷落柱進行判斷，通過將電性異常進行區域確定即為陷落柱位置，目前坑透法在包括陷落柱在內的隱伏地質方面探測已經取得了顯著成效，但坑透法探測結果不能真正確定是否有陷落柱存在以及陷落柱的具體范圍，必須結合鉆探法進行實際驗證。

4結語

目前，鉆探法和無線電波透視法因其獨特的探測手段已經廣泛應用于井田陷落柱的探測工作中，但由于兩者工作方法的局限性和對陷落柱探測判斷的原理差異，在井田陷落柱實際探測中，兩者必須進行有效的結合，利用坑透法對工作面存在的隱伏地質進行探測，鉆探法對巷道和工作面存在的疑似地質異常進行驗證，即“物探先行，鉆探驗證”，才能對井田內存在的陷落柱進行全面排查，完全消除陷落柱的發育對生產活動產生的危害。

參考文獻:

［1］彭紀超，劉海榮，孫利華，等．山西省煤礦區陷落柱分布規律與突水預測研究［J］．中國煤炭地質，2010，22(7):26－30．

［2］曹代勇，張杰林，關英斌，等．潞安礦區構造格局及構造演化［J］．煤炭學報，1995，20(2):174－178．

［3］張書林，張子敏，王運革，等．潞安常村井田陷落柱分布規律與成因初探［J］．河南理工大學學報:自然科學版，2011，30(3):283－287．

［4］樊振麗．煤礦陷落柱水害特征與防治技術研究［J］．煤炭工程，2011(8):93－95．

［5］朱希安，尹尚先，苑守成．無線電波透視法及其應用［J］．遼寧工程技術大學學報，2002，21(5):563－566．

［6］肖玉林，吳榮新，張平松，等．無線電波透視快速勘探技術及其應用［J］．中國煤炭地質，2010，22(4):65－68．

作者:李磊 單位:潞安環能股份公司