综合探测技术在暗立井延深勘探中的应用.pdf

第3 1 卷 专 辑 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 3 年8 月 综 合 探 测 技 术 在 暗 立 井 延 深 勘 探 中的应 用 刘义生，刘勇胜，宋德旺，杨文靖 开滦 集 团 有 限责任 公 司 钱 家营 矿业 分公 司 。河北 唐 山0 6 3 3 0 1 摘 要 针对 井巷 工程所在 区域地 质及水 文地 质条 件 ，论述 了地 面 高分辨 率三 维地 震 、 电法 、地 质分析研 究相结合的综合探 测技 术在 一8 5 0 m 暗立 井延深勘探 中的成功应用 。 关键 词 井巷工程 ；地 质勘探 ；综合探测技术 中图分类号 T D1 6 6 文献标识 码 B 文章编号 0 2 5 32 3 3 6 2 0 0 3 S 00 0 6 40 3 Appl i c a t i o n o f c ompr e he ns i v e pr o be t e c hno l og y t o e xpa ns i o n s ur v e y o f bl i nd s ha f t L I U Y i s h e n g ， L I U Y o n g s h e n g ，S ON G D e w a n g ， YA N G We n - j i n g Q i a n fi a y i n g C o a l Mi n i n g B r a n c h。 K a i l u a n G r o u p C o r p ．L t d ．。T n a g s h a n 0 6 3 3 0 1 ，C h ／ n a 钱 家 营矿 业 分 公 司 是一 座 年 生 产 能 力 达 5 7 0 万 t的特 大 型现代 化 矿井 ，于 1 9 8 8年 投 产 ， 目前 一 6 0 0 m为生产水 平 ， 一8 5 0 m为 衔接 水平 。随着 一 6 0 0 m水平可采储 量逐 年 减少 ， 一8 5 0 m 暗立井 主体工程延深 已迫在 眉睫。它包 括 一8 5 0 m暗立井 井筒 、绞车硐 室 、上 部车 场 、井 底 车场 、 一8 5 0 m 主石 门等辅 助工程 ，是 一6 0 0 m 与 一8 5 0 m 水平 连 接 的 “ 咽 喉 ” 要 道 。井 筒 上 下 锁 口高 程 分 别 为 一 6 0 0 m 和 一8 5 0 m，将 穿 过 8个 煤 层 ，车 场及 石 门位 于强含水层 中 ，且邻 近 区域构造 发育 ，地质勘 探程 度不足 。因此 ，选择 优质 、经济 、高效 的探测 技术 方法 ，超前查 明工 程所在区域地质及水 文地 质 条件 ，设计 时能够避 开地质构造确定最佳 的井 筒位 置 ，成为能否保 障安全施工及工程进 度的关键 。 1 8 5 0 m暗立井主体工程所处 区域水文 、 地质条件及勘探程度 1 ． 1 区域水 文、地质条件 1 上部车场位于第 Ⅲ含水层 内，为 A层铝 土岩底板 至 5煤层顶板 巨厚层 中细砂岩承压裂隙强 2 对 回采 区 队进行 回采率 承包考核 。公 司规 定 5煤层 、6煤层 工作 面 回采 率达 不到 9 7 ％扣 产 ， 7煤层 、1 21煤 层 工 作 面 回采 率 达 不 到 9 5 ％扣 产 ，按其丢煤 总量 的 8 ％ 进行扣 罚 ，以经 济手段促 进资源 的 回收 。 3认真坚持下 达丢煤通知单制度 。对可能丢 煤 的工作面和 区域及 时下达丢煤通 知单 ，提 出解决 丢煤 的措施 ，使 国家资源丢失得 到有效 控制 。 4储量管 理人员定期深 入井下掌握情况 。储 量管理人员坚 持每周二 、周 五及 月底下井收尺 ，及 时画 出采面素描 ，针对采 面实际情况提 出提 高 回采 率 的措施 ，定 期发放到有关部 门和领导 。 5 认 真 做 好 工 作 面 年 、季 、月 地 质 、水 文 报 ，提 出本 月 回采 中遇 到 的地 质 构造 、水 文 情况 和隐伏构造 ，指 导生产 。 6 对重 点工作面跟踪管理 ，及时解决 回采 中 6 4 的问题 ，提高 了资源的 回收率 。 3几点体会 1 矿井 、采区残煤是客观存 在的 ，但 开采残 煤不宜放 在矿井或采 区收尾之后再进 行复采 ，应考 虑 正规 回采与残煤 回采 同时搭 配开采 ，利用现有生 产系统节省投资 。 2 在开采过程中一定要坚持做到合理布局 ， 选择适 宜 的采煤 方 法 ，优 劣 、难 易 、厚 薄 搭 配 开 采 ，切忌 “ 采肥丢瘦” 行 为。 作者 简 介 霍 忠锋 1 9 6 4一 。男 ，河 北 邢 台 人 ，高级 工 程 师 ，硕士 ，现任开滦 集团有限责任公司钱家营矿业分公司经 理 。 收稿 日期 2 0 0 3- 0 50 8 ；责任编辑 刘军娥 维普资讯 第3 1 卷 专 辑 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 3 年8 月 含水层 ，水量 丰富 ，1 9 8 7年 位于相 同层位 的 一 4 5 0 m水平井底 车场绕道掘进揭露 断层 带导通第 Ⅲ含 水 层后发 生特大泥石流灾 害 ，造成 伤亡事故 ，直接 经 济损失 1 4 4 6 ． 7万元 ，致使环行车场被迫改成单行 车场 ，运输 效率仅有原设计 能力 的 3 0 ％ 。 2 井底 车 场 位 于 1 2煤 层 至 1 4煤层 砂 岩 裂 隙强含水层 中 ，建井 期 间约 8 0 ％ 巷 道 突水 点 发生 在此层位 。井底 水仓 与奥 陶灰岩 间距 1 2 5 m，奥 陶 灰岩为承压岩溶 含水层 ，顶界 面起伏 变化较大 ，水 头相对高达 8 8 0 m，局部发育陷落柱 ，水量 丰富 ， 补给充足 ，相邻 的范各 庄矿 于 1 9 8 4年 发 生特 大 陷 落柱 透水事故造成淹井停 产 的巨大损失 。 3 暗立 井 筒 将 穿过 9个 软弱 层 位 ，其 中有 l 5 、6、6 、7、8 、9、1 1 、1 2这 8个 煤 层 ，另 外 ， 1 1 煤层底板为高岭土质胶结的细砂岩 ，极易风化 ， 遇水膨胀产生集 中应 力 ，井筒必需采 取特殊支护方 式才能通过上述 层位 。 1 ． 2勘探 程度 主体工 程东西两侧存在 由地面钻孔揭露 的 2条 大 型正 断层 ，控制不严 密 ，有 可能延展进入工 程所 在区域。邻近工程实见断层特点为高倾 角 7 5～ 8 5 。 ，宽破碎带 1 ． 5～3 ． 5 m ，具 备 良好 的导 含 水条 件 ，增大 了井巷施 工 、支护难度 。暗立 井井筒 向南 与主井相距 3 6 6 m，北 与 钱 8 O孔 相距 4 0 0 m， 但 尚未施工 井筒 检查孔 ，水文 、地 质勘探 分析研究 程度不够 ，不能满 足井巷工程设计施 工需 要 。 2勘探技术方法的优化选择 2 ． 1勘探任务 的制定 针对存在的上述水文 、地质问题及井筒主体工 程设计 、施工要 求 ，制 定 了该 次勘探 的主要任 务 查 明影 响井筒主体工程设计施 工 的断层 、陷落柱等 构 造赋存状况 、导含 水性及奥陶灰岩顶界 面起伏 变 化 ；分析研究井筒 穿过的煤岩层工程地质条件 ；为 设 计施工提供井筒 地质预想柱状 图 、涌水 量等 符合 规程的可靠地质及水文地质资料。 2 ． 2勘探技 术方 案对 比 目前 可供选择 的方 法基本有 3种 ，见表 1 。 表 1 勘探方法对比 2 ． 3勘探技术方案 选定 从整个 暗立井主体工程 的施 工难度及用途 分析 认为 井筒 、绞车硐室及井底 车场是关键 ，而制约 施工及 安全 的地质条件 主要是导含水构造 ，若因勘 探 质量差而丢漏导 含水构造导致 井筒等 [程选位不 合 理 ，势 必 造成 巨大 隐患 甚 至延 误 水 平 衔 接 。所 以，必须选择优质可靠 、经济、高效的勘探方案来 完成勘探任务 。显然 ，通过 上述 分析对 比 ，3种勘 探 手段各有优 势又各有缺点 。但 是 ，地面高分 辨率 三维地震是一 种具备探查地质 构造优势 的先进勘探 方法，较符合本次勘探任务中对构造探查 的高要 求 ，尤其 近几年随着仪器设备 、处 理解 释软件系统 的迅速更新 ，其探测精度大幅度提高，自 1 9 9 5年 来 ，钱 家营矿业分公司开 展的采区三维地震勘探 已 证实 了井 田具备较好 的物探 条件 。 若先应用地 面三维地震 、辅 以电法勘探查 明制 约暗立井 筒 及 车场 、主 石 门设 计 选 位 的导 含 水 构 造 、奥 陶灰 岩顶界面起伏变化 ，根据勘探成 果选 定 合理 的井筒 位置 ；再将探测成果结合 邻近钻孔及井 巷实见资料进行地质综合分析，使现代高新技术与 传统地质方 法有机结合起来 ，就可能取得优势互补 的 良好探 测效果 ，从而 达到较为理想 的勘探 目的。 65 维普资讯 第3 1 卷 专 辑 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 3 年8 月 3地 面 物 探 设计 、施 工及 探 测 成 果 3 ． 1 地面物探设计 、施工 地 面物探设 计 、施工 由钱 家营矿业分公 司委托 煤炭科 学研究总院西安分 院完成 ，其 中三维地震 勘 探观测 系统采用 束 状 6线 8炮 制 ，C D P网格 为 1 0 m1 0 m，叠 加 次数 为 1 6次 ，接 收 道距 为 2 0 m， 炮点距 4 0 m，设 计 有效 覆 盖 面积 0 ． 5 9 k m 。仪 器 采用 D S一6型多道 遥测 、遥控 、遥爆 数字地 震仪 。 电法 C S MT法 观 测 系统 采 用 网状 布 置 ，1 0条 测线 ，线距 4 0 m，点距 2 0 m，仪 器采用 美 国 Z o n g 公司的 C D P一 3 2系统 。于 1 9 9 8年 4月完 成野 外施 工采 集 ，实 际 完 成 三 维 地 震 勘 探 有 效 覆 盖 面 积 0 ． 6 2 k m ，电法物 理点 2 7 4个 。8月 提交 了经 专家 组评审合格 的最 终成果报告 。 3 ． 2地面三维地 震勘探 与地面 电法勘探 成果 1 三维地震勘探查明了区内落差 51 0 m断 层 5条 ，均 为近 走 向正 断层 ；查 明 了 A层 铝土 岩 底板 、5煤层 、7煤 层 、l 2煤层 的赋存状 态 ，其 中 重点对底板高程进行了有效控制 ，并查明区内无导 含水 陷落柱 。 2 电法勘 探 查 明了 奥 陶灰 岩 顶 界 面起 伏 形 态 ；查 明奥 灰 中 2个 相 对 富水 区 ，位 于井 筒 北 约 2 0 0 m，深度 1 1 0 0 m，与 上覆 地 层 不 存 在联 通 关 系 ，且与 主体 工程 有一段安全距 离 。 4探测 区地质 、水 文地质 条件 综合分 析及 勘 探 程度 评 价 4 ． 1 地质及 工程地质条件分析 根据 地面三维地震勘探 成果分析 ，区内 5条 断 层均位于井筒等主体工程以外，仅有一条断层推测 可能延展通过 一 8 5 0 m水平主石门，但落差仅为 5 m，勘 探 区原地面周 边钻孔揭 露 的 2条 大型断 层 由 于产状 变化 延 展 通过 勘 探 区东 南 角 距 主体 工 程 较 远 ，约 4 3 0 m，均不对 主体工程 构成威 胁 。井 筒施 工所穿过煤 、岩层 由于在邻近 5 0 0 m内原主副井， 一 4 5 0 m、 一6 0 0 m 主石 门等巷 道 均 有揭 露 。根据 投产 1 4年来 的地 质资 料经 分析 对 比认 为 ，煤 、岩 层厚度岩性较 为稳 定 ，岩石力学性 质参数 已做过 测 定 ，均可 直 接 利 用 ，能 够 满 足 井 巷 施 工及 安 全需 要 。 4 ． 2水 文地质条件分析 、 根据地 面电法探测 成果 ，该 区不存 在导含水陷 66 落柱，奥灰顶界面虽然起伏较大 ，但与井底水窝距 离符合规程要求 ，而且无断层 、陷落柱等导含水构 造与之沟通 。 K ，灰岩虽 然厚 度 达 4 ． 5 m但 并 不 富水 ，可见 该 区不存在影 响井筒施工及安 全的导含水构造 ，总 体水文条件 较为理想 。但 为了确保井底水仓不进入 K ， 灰岩，井筒应向深部移 5 0 m，使井底水仓与 灰岩 间距 由 4 ． 3 m增 大 到 1 5 m。因为 矿井 生产 十 几年来已掌握了该区及邻近含水层涌水规律 ，所以 井筒涌水量计算所需的水文参数可以使用邻近已有 水 文钻 孔实验及井下观测 数据 ，只要涌水量计 算依 据 及方法合理 ，结 果应该 是可靠 的。 4 ． 3勘探 程度评价 根据地面物探 成果及地质综合研究认 为 ，该 区 地质 、水文 、工 程地质条件均 已查 明 ，勘探程度 已 能满足 一8 5 0 m 暗立井 主体 工程设 计及施 工安 全的 需要 ，符合 矿井 井 巷工 程 施 工 及 验 收规 范 中 关于生产矿井 不穿过 冲积层 的暗立井 可以不打地面 井检孔 的相 关条件 。因此 ，经报请 上级主管部 门批 准 ，决定不再打地 面井检孔 ，并针对实际条件提 出 了井筒施工 时应采取相应 的技 术措施 。地质工程技 术人 员 据 上 述 勘 探 研 究 成 果 编 制 了 符 合 规 程 的 一 8 5 0 m暗立 井开拓地质报 告 书 ，设 计部 门依此完 成 了延深主体工程最 终设计 。 5综合探测技术应用效 果评价 一 8 5 0 m 暗立 井 延深 主体 工 程 于 1 9 9 9年初 开 工 ，上 部车场 、绞 车硐 室 、暗斜 井 于 2 0 0 0年 底竣 工 ，暗立井 筒 于 2 0 0 1年 开凿 。截 止到 2 0 0 2年 底 ， 主体工 程已经大部分完工 ，暗立井筒 已与井底 车场 精确 贯通 ，实 见 地 质条 件 与 探 测研 究 成 果 吻 合较 好 。 该 次探测仅投 资 4 5万元 ，不仅满 足 了 一 8 5 0 m 暗立井主体工程设计及安全施工的需要 ，而且 比地 面钻 探节约勘探 资 金 2 8万 元 ，勘 探工 期提 前 了一 个月 。所 以 ，地 面三维地震 、电法 、与地质综合研 究相结合 的探测 技术 ，用于生产矿井 的暗立井延深 勘探是优 质可靠 、经济高效 的。 作者 简 介 刘 义 生 1 9 6 3一 ，男 ，河 北 唐 山 人 ，高 级 工 程 师 ，现在开滦 集团有限责任公司钱家营矿业分公司工作。 收稿 日期2 0 0 30 50 8 ；责任编辑 刘军娥 维普资讯