曹桂芳

（大同煤矿集团有限公司煤峪口矿，山西 大同 037041）

1 矿井概况

煤峪口矿410 盘区面积约5 km2，有11#、12#可采煤层。其中，81022 工作面煤层的平均倾角为2°，平均煤层厚度为8.1 m，工作面的整体走向长度为146.2 m，煤层开采长度为730 m，可采储量约82.6 万t，煤硬度为2.6。11#、12#煤层81022 工作面在掘进期间顶板裂隙发育，揭露落差在0.1～4.0 m之间的断层约27 条。其中，落差在1.0 m 以上的断层约10 条，影响范围高达350 m。为此研究使用综合探测技术[1]，对工作面的构造发育特征进行探测。

2 槽波地震探测技术

2.1 槽波地震探测

槽波地震探测技术是使用煤层作为波导，沿着煤槽的方向进行传输，其形成示意图如图1[2]。当震源发生震动，激发出的槽波沿着煤层的方向传输，在遇到断层界面后，会自动改变槽波的传输方向，经煤层反射后得到反射槽波信号。同一煤侧帮的检波器会接收反射后的槽波信号，通过分析和处理反射槽波信号，采用共中心点叠加的方式来判断断层的位置。

图1 槽波形成示意图

2.2 观测系统设计

在81022 工作面皮带巷的内帮设计透射观测控制系统，在轨道巷的外帮设计反射观测控制系统，以实现对工作面断层构造的综合探测。透射法是在皮带巷的内帮布设炮孔，共施工38 个炮孔，每个炮孔之间留有10 m 的孔距，使用矿用炸药和1 段雷管放炮作为震源，在轨道巷内帮布设检波器孔，共施工30 个检波器孔，每个检波器孔之间留15 m的孔距，槽波接收信号是通过双分量型检波器来接收。反射法是在轨道巷的外帮布设检波器孔，共施工14 个检波器孔，每个检波器孔之间留有15 m 的孔距，在皮带巷的外帮布设炮孔，共施工14 个炮孔，每个炮孔之间留有15 m 的孔距，其中炮孔和检波器孔相互交错布置。

2.3 槽波地震探测解释

对采集到的槽波数据进行预处理，提取出350～550 Hz 的高频槽波埃里震相，经波速分析，选择校正速度为1100 m/s 时是最佳的，通过包络、共中心点叠加，得到反射叠加剖面，进而判断断层的发育位置。槽波地震探测成果解释图如图2 所示。

图2 槽波地震探测成果解释图

根据槽波地震探测结果，在反射槽波探测范围内，探测长度270 m，反射槽波存在两个明显异常区，根据反射槽波速度和槽波分布形态，推断YC-1 异常区为陷落柱，YC-2 异常区为煤层破碎区，存在一个落差在1.0～2.0 m 的正断层，断层延伸距离为250 m。

3 电磁波坑道透视探测技术

为了验证槽波探测结果的准确性，采用电磁波坑道透视探测技术进行探测，具体方法如下：

3.1 探测方法

采用定点法和同步法相结合的探测方法[3-4]。定点法是在皮带巷和轨道巷共布置15 个坑道发射点；同步法是在轨道巷进行发射，皮带巷进行接收，将正常煤层段的坑道透视参数输入到电磁波坑透资料采集处理和自动成像地图处理系统中。其中，最大初始场强H0=144 dB，煤层吸收系数β=0.52 dB/m，得到测量的综合曲线图。

3.2 测点布置

首先对工作面进行全面检查并布置观测点，发射点之间留40～70 m 的间距，接收点之间留10 m的间距，接收点的个数各不相同，一般可观测20个点左右。如果发现异常现象，再布置多个观测点，同步测量的观测点之间留有10 m 的间距。

3.3 探测解释

综合分析资料，在皮带巷与轨道巷之间揭露的火成岩，其岩体连接形成两个没有分叉的岩墙。在一个岩墙的左边，存在8～22 dB 的负值走向异常体，长度约为260 m，推断为落差1.2 m 的断层或煤层变薄带。坑道探测成果解释如图3。

图3 坑道探测成果解释图

根据电磁波坑道探测结果，工作面内有不分叉的岩墙，一个岩墙的左边是一条落差为0.8 m 的断层，煤层走向有些许偏差，回采结果验证图如图4，与槽波探测圈定的异常区基本吻合，较为准确地查清了工作面内的断层构造情况，有效地指导了煤矿生产。

图4 回采结果验证图

4 定向钻进探测技术

在回采定向钻探过程中，对异常区进行钻孔验证。在层面与钻孔实钻发生岩性突变点A 点的空间剖面位置上、下两侧，施工分支钻孔，钻孔参数如表1 所示，得到另外2 个突变点A1 点、A2 点。根据煤层厚度情况，一般控制3 个点间距小于4.0 m，每个钻孔向上调整轨迹钻进，根据钻孔的轨迹及周围岩屑的变化情况，由B-B1-B2 的3 点连线，以及C-C1-C2 的3 点连线，准确判定对盘标志层的底板和顶板位置，经反算计算后，可由A-A1- A2 的3点连线，确定断层面的位置及断距等参数。识别断层示意图如图5 所示。

定向钻进探测总进尺1233 m，在钻进至268 m时，工作面煤层存在1.0 m 左右的断层，探测结果与实际基本吻合，说明使用综合性的探测技术，能探测工作面内的地质构造问题。

表1 钻孔参数

图5 识别断层示意图

5 结论

（1）使用槽波地震探测技术，根据巷道揭露以及井下资料的综合分析，探测81022 工作面断层构造，将探测结果与电磁波坑道透视探测结果进行对比，并进行定向钻探验证。

（2）煤矿工作面综合探测结果较为理想，81022 工作面内有不分叉的岩墙，一个岩墙的左边是一条落差为0.8 m 的断层。综合探测技术可有效地探测各种地质断层构造及异常体，为安全作业生产提供了可靠保障，避免了无计划性地揭露地质构造带来的安全问题，创造了不可估量的经济收入和安全效益。