利用矿井钻探数据分析断层的几种方法探析.pdf

江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 利用矿井钻探数据分析断层的几种方法探析 常蓝天 （山西潞安环保能源开发股份有限公司五阳煤矿，山西襄垣046200） 摘要根据地质钻孔成果分析断层参数的原则，结合具体案例，区分断层走向与巷道走向关系的不同情况，阐述了利用煤 矿井下钻探数据准确分析断层赋存的几种常见方法，并指出了根据钻探结果分析断层的局限性，以期通过钻探数据来准确 判断断层情况，顺利通过断层。 关键词断层；断层要素；井下地质钻探；数据分析；限制因素 中图分类号TD163.1文献标识码B文章编号1006-2572（2020）02-0171-04 Discussion on Faults Analysis s Based on Geological Drilling Data Chang Lantian Wuyang Colliery, Luan Environmental Energy Devolopment Co., Ltd., Xiangyuan 046200 Abstract According to the principle of analyzing fault parameter based on geological drilling results, the author presents several common s of accurately analyzing fault occurrence based on underground geological drilling data by distinguishing the relationship between fault trend and roadway trend, and analyzes the fault limitation, hoping to cross the fault smoothly. Key words fault; fault element; underground geological drilling; data analysis; limiting factors 断层的存在直接导致岩层或岩体顺破裂面发 生明显位移，寻找地层中广泛存在的标志层是判断 断层存在及断层参数最有效的办法。 煤层属于煤矿 井下生产中十分重要的标志层，故寻找煤层发生位 移的位置及位移距离十分重要。 2.1通过煤岩层断裂面分析断层赋存 巷道掘进前方没有断层情况下，煤巷施工地质 钻孔见岩位置即煤层顶（底）板或煤层中部夹矸位 置。 利用地质钻孔探测的煤层顶（底）板位置连线可 以判断煤层顶底板坡度变化情况；若出现钻探显示 的煤层顶（底）板位置连线明显异常，即可判定断层 的存在。 案例1断层走向与巷道掘进方向夹角较大 已知巷道由西向东沿煤层顶板掘进， 矩形断 面，巷高3.5m，巷宽5.0m，掘进区域煤厚6.0m， 无厚层夹矸，煤层自然坡度0左右，地质钻孔施工 过程中出现异常见岩情况。 钻孔施工情况见表1。 表1钻孔施工情况 1-1、1-2钻孔见岩位置明显异常，钻孔见岩后 仍施工10m，排除见岩位置为矸石情况，钻孔见岩 位置距离近似，但两钻孔见岩位置垂距仅2m，与巷 道掘进区域煤层厚度差异较大。 判断该处存在地质 异常。 经补充施工1-3、1-4孔，明显看出煤层断开 钻孔 编号 钻孔方 位角 钻孔距 顶位置/m 钻孔倾 角/ 钻探情况 1-1E2.0028米见岩，共38 m 1-2E2.2-426米见岩，共36 m 1-3E1.89.5 11米见岩，41米见煤，78米见 岩，共83 m 1-4E1.614 7.3米见岩，39米见煤，53米 见岩，共58 m 2-1N60mE2.0028米见岩，共38 m 2-2N60mE2.2-426米见岩，共36 m 171 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 且掘进前方煤层位于正常煤层上方。 经绘制钻孔剖 面分析（见图1），判断掘进前方煤层厚度、煤层自然 倾角均未出现明显变化，掘进前方26m左右揭露煤 层上升，落差11m的正断层。 经再次补充施工N60E方位的2-1、2-2钻孔， 经绘制钻孔剖面分析（见图2），判断N60E方位钻 探位置向前26m左右煤层上升， 落差11m的正断 层。 将两组钻孔剖面图进行分析，判断的断层位置 绘制平面（见图3），即可判断断层走向。 图1E方向（第一组钻孔方向）剖面 图2E方向（第二组钻孔方向）剖面 案例2断层走向与巷道掘进走向夹角较小 已知巷道由西向东沿煤层顶板掘进， 矩形断 面，巷高3.5m，巷宽5.0m，掘进区域煤厚6.0m， 无厚层夹矸，煤层自然坡度0左右。 钻孔施工情况 见表2。 表2钻孔施工情况 经施工1-1、1-2、1-3、1-4地质钻孔绘制钻孔 剖面分析（见图4），巷道北侧28m左右存在煤层上 升，落差11 m的正断层。 随巷道掘进，后续分别间隔20m补充施工2-1、 2-2、3-1、3-2、4-1、4-2钻孔，绘制钻孔剖面（见图 5），分析巷道北侧正断层逐渐向巷道偏移，将4组钻 孔剖面图分析判断的断层位置绘制平面 （见图6）， 即可判断断层走向。 图3巷道平面 图4 N方向（第一组钻孔方向）剖面 图5 N方向（第二组钻孔方向）剖面 图6巷道平面 案例3 断层走向与巷道掘进走向近似且与巷 道距离极近 已知巷道由西向东沿煤层顶板掘进，矩形断面， 巷高3.5m，巷宽5.0m，掘进区域煤厚6.0m，无厚 层夹矸，煤层自然坡度0左右。 巷道掘进探煤厚作 业过程中发现煤层厚度变化，在探煤孔显示的煤层 厚度异常变化区域补充施工地质钻孔。 钻孔施工情 况见表3。 表3钻孔施工情况 钻孔 编号 钻孔 方位角 钻孔距 顶位置/m 钻孔 倾角/ 钻探情况 1-1N2.0028米见岩，共38 m 1-2N2.2-426米见岩，共36 m 2-1N2.0025米见岩，共38 m 2-2N2.2-423米见岩，共36 m 3-1N2.0022米见岩，共38 m 3-2N2.2-420米见岩，共36 m 4-1N2.0019米见岩，共38 m 4-2N2.2-417米见岩，共36 m 钻孔 编号 钻孔 方位 开孔位置 钻孔 倾角/ 钻探情况 1垂直巷道左帮巷道底板-453.5米见岩，共4.5 m 2垂直巷道底板巷道底板-902.5米见岩，共3.5 m 3垂直巷道底板巷道底板-900.8米见岩，共1.4 m 4垂直巷道底板巷道底板-900.8米见岩，共1.4 m 5垂直巷道底板巷道底板-900.8米见岩，共1.4 m 172 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 经施工1、2、3、4、5地质钻孔绘制巷道断面分 析（见图7），巷道掘进区域煤层上升，落差1.7m的 正断层。 随巷道掘进，分别间隔10m，在巷道左、右侧垂 直巷道底板补充施工探煤孔， 巷道左侧探煤孔1、 2、9、10钻孔均为2.5m见岩，3、4、5、6、7、8钻孔 均为0.8m见岩， 巷道右侧探煤孔均为2.5m见岩， 巷道掘进过程中顶板完好连续，绘制钻孔剖面（见 图8），分析巷道北侧煤层上升的正断层在2、3钻孔 间偏移至巷道内部，后在8、9钻孔间偏移至巷道北 侧，最终得出结论，断层赋存情况见图10。 巷道北侧 煤层上升，落差1.7m的正断层，且该断层走向与巷 道掘进方向基本一致。 图7巷道B位置断面 图8 A-A、剖面 图9巷道平面 2.2通过模拟， 推演巷道掘进前方断层运移情况， 分析断层赋存 断层走向与巷道掘进走向近似，断层在巷道掘 进迎头已揭露， 且仅利用钻探数据绘制剖面图、平 面图无法准确分析断层赋存情况。 这种情况下，利 用掘进巷道前方判断断层在巷道中延伸距离对生 产有很好的作用。 案例已知巷道由东向西掘进，矩形断面，巷高 3.5m，巷宽5.0m，掘进区域煤厚6.0m，无厚层夹 矸，煤层自然坡度0左右，已知巷道掘进区域存在 巷道南侧煤层上升， 断层与巷道掘进走向近似，且 掘进过程中已持续过断层40余米。 为查明断层在掘 进前方具体偏移情况，补充施工地质钻孔，钻孔情 况见表4。 表4钻孔施工情况 1-1、2-1两钻孔34.3m见岩位置，均为巷道顶 板且为断层同一盘，巷道掘进前方煤层自然坡度仍 为0。 其它钻孔数据差异明显，若依靠绘制钻孔剖 面图办法分析断层走向运移情况，难度较大。 图10巷道平面 图10中将钻探位置、掘进前方2m、掘进前方11m、 掘进前方22m、 掘进前方34.3m位置分别定为A、 B、C、D、E五个位置， 分别分析钻孔钻探至A、B、C、 D、E五个位置时钻孔位置变化，见表5。 钻孔 编号 钻孔 方位 钻孔距 顶位置/m 钻孔距 右帮/m 钻孔 倾角/ 钻探情况 1-1W1.22.52 2米见煤，34.3米 见岩，共40 m 1-2W2.22.5060米全煤 2-1W1.20.52 22米 见 煤，34.3 米见岩，共40 m 2-2W2.20.50 11.3米 见 煤，共 60m 表5钻孔施工情况 钻孔编号 掘进前方2 m钻孔位置掘进前方11 m钻孔位置掘进前方22 m钻孔位置掘进前方34.3 m钻孔位置 距顶/m距右帮/m距顶/m距右帮/m距顶/m距右帮/m距顶/m距右帮/m 1-11.12.50.82.50.42.502.5 1-22.22.52.22.52.22.52.22.5 2-11.10.50.80.50.40.500.5 2-22.20.52.20.52.20.52.20.5 根据掘进前方钻孔位置变化情况，绘制巷道在 A、B、C、D、E五个位置的钻孔位置图。 由于巷道掘进前方煤层自然坡度0左右，可 采用平移钻孔位置断层及煤岩分界情况至巷道各 位置断面中， 使得断层运移符合钻孔煤岩变化，最 终形成巷道掘进前方2m、11m、22m、34.3m位置 173 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 巷道的真实断面（见图11），直观明确巷道掘进前方断层运移情况。 巷道A位置（钻探位置）断面巷道B位置（钻探位置向前2m）断面 本案例中采用的煤层自然坡度0， 具有特殊 性，但根据生产中遇到的煤层自然坡度计算，各钻 孔在该自然坡度下钻探至掘进前方的不同位置的 钻孔位置，并通过模拟推演巷道掘进前方断层运移 情况，分析断层赋存十分可行。 井下施工断层探测钻孔过程中，由于施工人员 不标准操作、钻探设备精度、钻孔记录人员判断煤 岩分界滞后，以及其它干扰等因素影响，经常出现 钻探数据不精确的情况，而利用不精确的钻探数据 分析断层，必然无法准确判定断层参数。 同时煤炭 的赋存（煤层厚度、煤层自然坡度）并不完全具有均 一性，沿不同方向的煤层自然坡度并非一致，已知 沿巷道掘进方向煤层自然坡度并不能反映其他方 位煤层自然坡度，同时根据现已掘进巷道显示的煤 层自然坡度也并不能决定掘进前方煤层的自然坡 度。 通过上述几种分析办法， 绝大多数情况下，分 析处理井下钻探数据得出准确结论，有效地指导煤 矿生产，对井下煤矿开采生产方案设计、生产计划 调整、预防断层诱发的其他危险因素处理措施制定 提供了可靠资料。 虽然利用钻探结果分析断层存在 各种局限因素，但利用定向钻孔施工、钻孔轨迹仪、 钻孔成像仪等技术手段，可以有效消除误差。 参考文献 ［1］ 牛光亮.井下上仰钻孔突水分段注浆堵水方法研究 ［J］.煤炭科学技术，2018，46（3）188-193. ［2］ 李瑞群.神东矿区井下各类常用钻孔的特点分析和施 工工艺研究［J］.煤炭工程，2018（1）31-35. ［3］ 孙尚云.井下水文钻孔施工及突水治理工程实践［J］. 煤炭技术，2007（12）86-88. 作者简介常蓝天（1989-），男，河南林州人，2012年毕业于 河南理工大学地质工程专业，学士学位，助理工程师，研究 方向地质工程。 收稿日期2020-03-02编 辑郑学涛 巷道C位置（钻探位置向前11.3m）断面巷道D位置（钻探位置向前22m）断面巷道E位置（钻探位置向前34.3m）断面 图11巷道A、B、C、D、E位置的真实断面 174