工作面坑透资料在瓦斯地质预测中应用的研究.pdf

第3 6 卷第5 期 煤 矿 安 全 2 0 0 5 年5 月 试 验 研 究 工作面坑透资料在瓦斯地质预测 中应用的研究 孙 四清 ， 汤友谊 ， 陈江峰 河南理工大学 资源与环境工程 系， 河南 焦作 4 5 4 0 0 0 摘 要 在查明构造软煤与硬煤分层视 电阻率差异的基础上， 阐明了利用工作面坑透资料解释地 质构 造 以及 构造软 煤 ， 圈划工作 面 内构造软煤异 常 区， 进 而预测工作 面煤与 瓦斯 突出危 险 区 带 的 瓦斯地质 方法。 关键 词 坑 透 ； 构 造软煤 ； 视 电阻率 ； 瓦斯 地质 中图分类号 T D7 1 3 ． 2 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 34 9 6 X 2 0 0 5 0 50 0 0 1 0 3 S t u d y o n Ap p l i c a t i o n o f Fa c e ’ S Tu n n e l Pe r s p e c t i v e i n t he For e c a s t of Ga s Ge ol o g y S UN S i q i n g， TANG Yo uy i ， CHEN J i a n gf e n g De p t ．R e s o u r c e a n d En d i r o n me n t En g i n e e r i n g， He n a n p o l t e c h n i c“ n t r 矗 ， j i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t On t h e b a s e o f f i n d i n g O U t t h e d i f f e r e n c e o f t e c t o nic s o f t c o a l a n d h a r d c oa l o n a p p a r e n t r e s i s t i v i t y ，i t e x p o u nd s t h e g a sg e o l o g y me t h o d st O e x p l a i n g e o l o g y t e c t o n i c s a s we ll a s t e c t o n i c s o f t c o a l ，d r a wi n g a c i r c l e o f a r o u n d u n u s u a l a r e a o f t e c t o n i c sof t c o a l a c c o r d i n g t O t h e t u n n e l p e r s p e c t i v e d a t a o f f a c e ，a n d t h e n t O f o r e c a s t t he d a n g e r o u s a r e a o f c o a l a nd g a s o u t b u r s t o f f a c e． Ke y wo r d s t u nn e l p e r s p e c t i v e ；t e c t o n i c s o f t c o a l ；a p p a r e n t r esi s t i v i t y；g a s g e o l o g y 回采前 坑透探 测的主要 目的是查 明工 作面 内小 构造的发育程度和煤层厚度变化等情况， 为工作面 回采提供较为可靠的地质资料。本文以淮南潘三矿 1 4 5 2 3 工 作面为例 ， 阐述利 用坑透资料解 释小型构 造 、 圈划构 造软煤异 常 区 带 、 进而预测 工作面 突出 危 险性 区 带 的瓦斯地质方 法 。 1 坑 透探 测构造 软煤的物 性前 提 坑透探测 是运用 电磁 波在煤 层 中传播遇 到地质 异 常体时 ， 电磁波 被差 异 吸 收而造 成 场强 衰 减来 发 现并分析地质异常体分布范围和类型的。不同的介 质对 电磁波 吸收 的程 度是 不一样 的 ， 高 阻体 对 电磁 波吸收 的程度较 弱 ， 低 阻 体对 电磁 波 的 吸收 作用 较 强 。据 以往 的研 究 和 现场 测试 结果 表 明【 1 ] ， 煤 的 电 阻率对 电磁 波 的传播 有重要影 响。煤层 中的构造软 煤对 高频 电磁 波有 较 大 的吸 收作 用 ， 加 之构 造软 煤 中较 密集 的节 理 、 劈 理及 揉 皱等形 成 的规则 或 不规 则界面 ， 会对电磁波产生折射、 反射及二次辐射等物 理现象 ， 造成电磁波能量不同程度地损耗、 减弱甚至 屏蔽 ， 而在平面交会图上形成阴影 区 即电磁波场强 衰减 区 。在 C T平 面图上 阴影 区 出现 的位 置 ， 往 往 是构造软煤发育或构造软煤与相关地质构造共生的 部位 。 查 明构造软煤 与硬 煤分层 视 电阻率 的差异 是利 用坑透资料准确解释构造软煤异常 区的物性前提。 对不 同煤 体结构类 型煤分层 视电阻率 的测试前 人也 做 了一定 的尝试 ， 发 现不 同煤体 结 构类 型 煤 的 视 电 阻率存在 明显 的差异 ， 但 这 些测 试 均 是在 实 验 室进 行 的l 2 ] ， 采 用 的实 验 样 品与 实 际 煤 壁 有 较 大 的差 异 。为了提高对 不同煤体结 构类型煤 的 电性差异 的 认识， 利用坑透资料解释煤层中的构造软煤异常区， 此 次在淮南矿 区潘三矿 和谢 桥矿 的三个掘进 工作 面 使用煤炭 科 学 研 究 总 院 西 安 分 院 研 制 的 DZI I A 型 防爆数字直 流 电法仪对 不同煤体 结构类 型煤分 层 的视电阻率进行 了煤壁直接 测定 。 对测定 的结果进行整 理 、 分 析后 可知 构造软 煤 与硬煤分层煤的视电阻率值存在明显 的差异 ， 同一 煤 体结构类型 煤分层 的视 电阻率值 具有一 定 的规律 性； 对于淮南矿区中、 低变质程度的烟煤而言， 构造 软煤的视电阻率值为 4 8 ～l 0 5 0 Q m， 常见值为 6 8 0 l 维普资讯 第3 6 卷第5 期 煤 矿 安 全 2 0 0 5 年5 月 Q． m左 右 ， 一般 值在 7 5 0 Q m 以下 ； 硬煤 的视 电阻 率值为 4 4 5～5 5 5 0 Q m， 常见值 为 2 5 3 0 Q m 左 右 ， 见图 1 。 趔 瓣 商 脚 鞲 60 o0 50 o 0 40 o 0 20 o0 10 o0 0 构造软煤 硬煤 图 1 视电阻率测定结果直方图 个别测点因煤 中灰分、 水分的影响和煤体本身 的不均一性而使视电阻率值有较大的变化， 但总体 上还是有规律 可循 的 ， 即硬煤 的视 电阻率值 一般 约 为构造软煤的 3 ． 7 0 倍。硬煤与构造软煤的视电阻 率存在如此明显的差异， 当电磁波在煤层中传播遇 到构造软煤异常体时， 构造软煤对电磁波的吸收强 度 明显高于硬煤 的 ， 所 以构 造软煤 异 常体 出现 的 区 域在 C T平面 图上就表 现为一定程度 的阴影 。 2研究区概况 潘 三矿 1 4 5 2 3 工作 面上顺 槽长 1 0 6 0 m， 下顺 槽长 1 0 7 0 m， 倾斜长最大为 2 0 0 m， 最小为 1 5 0 m。 C 1 3 1 煤层厚度 3 ． 5 ～4 ． 3 8 m， 平 均 3 ． 9 m。含 1层 泥岩 或 炭 质 泥 岩 夹 矸 。煤 层 倾 角 1 2 。 ～3 2 。 ， 平 均 1 6 。 。工作面煤层埋藏深 度约 6 3 6 ～7 1 5 m。工作 面 掘进时 揭 露 断层 5条 ， 均 为 正 断层 ， 落 差最 小 0． 5 m， 最大 2 ． 0 m， 分 别位 于 轨顺 出煤 巷 和 上 、 下 顺槽 中段。 工作面上、 下顺槽主要采用锚网支护， 部分地段 采用工字钢支护。巷道内悬挂有电缆 ， 安装有金属 管道 ， 下顺槽安装了胶带输送机， 工作过程中采取了 停电措施。 3 资料解 释 工作面贯通 后 ， 即进行 了坑透探 测工作 。坑 透 采用煤炭科学研究总院重庆分院研制生产的 WK T E型坑透仪 ， 工作 频率选 用 0 ． 5 MHz 。坑透探 测 时， 按每 1 0 m一个接收点 ， 5 0 m一个发射点布置测 点， 采用定点交会法进行实测。探测过程中， 仪器工 作正 常 ， 共 顺 利完 成 测点 4 2个 。对所 测 数据 处 理 后， 得到综合曲线图 4 2帧， C T平面图 1 张， 工作面 透视成果示意图见图 2 。 首先对 坑透资料 进行 了常规解 释 根据 各个测 点处综合曲线图的形态变化特征和 C T平面图阴影 图 2 1 4 5 2 3 - 1- 作面坑透成果示意图 区的分 布范 围 ， 预测 了巷 道揭露 断层 向工作 面 内部 延伸的情况和落差变化 ， 推断出2条隐伏小断层， F f 和 见图 3 。 同时， 依坑透资料对工作面内部构造软煤分布 情况进行 了预测解释 。圈划 出三个构造软煤分布异 常块段 图 3中的阴影部分 。第一块段位于工作面 切眼附近 ， 范 围为上顺 槽 自切眼 向东延展 约 1 4 0 m； 2 下顺槽 自切眼 向东延 展约 2 5 0 m； 据 巷道 煤 壁观 测 的结果 ， 该地段自西向东构造软煤厚度变化较大 ， 平 均总厚度 0 ． 8 m 以上 ， 局 部 地段 达 到 1 ． 4 0～1 ． 8 0 m， 占揭露煤壁 总厚 度的 5 0％左右 。掘进 中见底 板 拱起 ， 顶板破碎和淋水现象； 第二块段位于工作面上 顺槽 F a 和 F b 小 断层 断阶组 合 的影 响带 ； 第 三块 段 位于工作 面东端停采线 附近 断层 的影响地段。 维普资讯 第3 6 卷第5 期 煤 矿 安 全 2 0 0 5 年5 月 图 3 1 4 5 2 3 工作面构造软煤异常区分布图 预测这些区 带 虽局部具备了诱发煤与瓦斯突出的 构造软煤条 件 ， 但 由于煤 层 的瓦斯 压 力 和含量 均较 小 ， 工 作面属于 无 突 出危 险工作 面 。考虑 到 瓦斯分 布的不 均衡 ， 为安 全起见 ， 当回采接 近和进入三个构 造软煤异常区域时， 应每隔 3 0 ～1 0 0 m进行一次验 证性瓦斯 突出危 险性 预测 ， 并 根 据预 测结 果采 取 相 应 的对 策 。 4 工作面 回采验证 回采过程 中 ， 在 距工 作 面切 眼约 1 0 0 m、 3 8 0 m 和 4 4 0 m处 进行 了 3次煤壁煤 体结构观察 ， 结果 为 1 回采约 1 0 0 m 处工 作面煤 壁构 造 软煤 多呈 2 层式， 分布于煤壁上部和下部。上分层较薄， 多为 0 ． 3 m 左 右 ； 下分 层较厚 ， 一般为 0． 6 m左 右。构造 软煤 总厚度 为 0～1 ． 4 0 m， 一般 0 ． 9 m 左右 。下 口 附近约 2 0 m未见 构造 软煤 ， 但 有 3个碎 裂煤 分 层 ， 分 别厚约 0 2 IT I 。构 造 软煤 以碎 粒煤 为 主 ， 未 见典 型的糜棱煤 。 2 回采约 3 8 0 m 处工 作面 煤壁 构造 软煤 呈单 层式分 布于煤 壁上 部 ， 厚 0 ． 1 0～0 ． 4 5 m， 一般 厚 约 0 ． 3 m。工作面上 口附近 和中段 分别 见延展约 2 0 m 和 6 0 m的糜棱煤 ， 其余地段为碎粒煤。煤壁顶部和 下 部见厚层 的原生结构煤 。 3 回采约 4 4 0 m 处工 作面 煤壁 构造 软 煤呈 单 层 式断续分 布 。厚 0 ～0 ． 6 m， 一般 厚约 0 ． 3 m， 位 于 煤 壁顶部 ， 为碎粒 煤 。工作面 中上段未 见构 造软煤 ， 但 有厚层状 的碎裂煤 ， 煤 壁状 况逐渐趋 于完 整 ， 见 厚 层 的原生结构 煤 。 5结 论 1 在煤与瓦斯突出矿井 ， 工作面坑透资料解释 时 ， 除对 工作面 内小构 造 和煤 层 厚度 变 化 等方 面 进 行常规解 释外 ， 在认 识构 造软 煤 与 硬煤 间 电性 差 异 及响应特征的基础上 ， 综合井田构造软煤发育特点 ， 圈划 出与地质构造等 密切相 关的构造软 煤异常分 布 区 带 ， 不仅从理论上 ， 而且在实践 中都是可行的。 而此项工作不仅未增加额外的井下工作量 ， 而且对 工作 面回采工作循 环 、 防突 措施 的制 定 等均 具重 要 的指 导意义 。 2 利用坑 透 资料 圈划 出的构 造 软煤 异 常分 布 区 带 的位置 ， 经回采实践检验是较为可靠 的。 3 构造软煤的破坏程度和厚度可依坑透探测 资料 中场强衰减的程度加以判断 ， 但软煤的层数及 具体厚度， 按 目前坑透资料 的处理解释方法还无法 初步确定或 确定 。 4 坑透探测构造软煤技术 的推广应用和资料 积累， 必将推动突出矿井构造软煤的非接触性探测 ， 从而提高矿井突出危险性预测的可靠性。 参考文献 [ 1 ] 朱西 安 ， 尹 尚先， 苑守 成． 无线 电波透视 法 及其 应用 [ J ] ． 辽宁工程技术大学学报 ， 2 1 5 5 6 35 6 6 [ 2 ] 吕少林 ， 何继善． 瓦斯突出煤体 的导 电性质研究[ J ] ． 中 南工业大学学报， 1 9 9 8 ， 2 9 6 5 1 15 1 3 作者简介 孙四清 1 9 7 7一 ， 男。 河 南信 阳人 ， 河南理工 大学硕士研究生， 一直从事 瓦斯地质 ， 煤矿初探 等 方面的研 究， 曾发表论文多篇 。 收稿 日期 2 0 0 50 1 1 1 ； 责任 编辑 粱绍权 3 维普资讯