唐山矿业公司1451溜子道综合地质勘探实践

唐山矿业公司1451溜子道综合地质勘探实践

2001年6月4日，开283（集团）唐山煤矿公司p1451号储层在237米的挖掘中发现了非常罕见的地质异常体，引起了采矿、地质等专业人员的高度关注。为搞清其矿井地质、水文地质、工程地质条件和地质异常体形成机制、性质以及与煤系基底奥陶纪灰岩岩溶裂隙含水层之间的水力联系，相继进行了三维地震勘探、电法探测、无线电坑透、可控源音频大地电磁法、井下钻探和巷探等多手段综合地质勘探，为地质异常体影响区域的整体规划、煤巷掘进、煤炭开采防治水工作提供了有力依据，并有助于指导今后矿井地质、矿井水文地质等工作的开展和深入研究。1多组综合地质勘探1.1地层厚度、地层倾角和岩性风侵蚀现象T1451位于马鞍形地质构造的西翼、宽缓向斜北部，接近向斜轴部。工作面标高为-796～-913.6m，设计走向长1270m，宽度150m，基本上沿煤层走向布置，其煤层厚度为2.3～3.5m，地层倾角为8～26°，平均为15°。溜子道在掘至237m处，遇见地质异常体至240m停掘，进入地质异常体3m。在地质异常体内，岩层呈杂乱无章状，岩石破碎，岩石之间不胶结，岩石风化侵蚀现象比较普遍，结合邻近地质钻孔和井下巷道揭露的地质资料，地层大致可以界定在5煤层至2煤层、3煤层之间。煤层与地质异常体接触面呈明显的不规则锯齿状（图1）。1.2地面巷道接收点T1451溜子道见地质异常体后，由西安分院专家在T1451溜子道见地质异常体迎头和在T1390工作面对T1451见地质异常体迎头前方进行了井下直流电法探测。在T1451迎头前方存在两组异常带，分别位于迎头前方-2～9.5m、20～24.5m，认为迎头存在两处明显的构造或裂隙发育段，其中-2～9.5m处异常较大。T1451溜子道巷道一侧探测表明：靠近迎头附近，存在一异常区长约40m。T1390巷道一侧探测表明：距T1390巷道约30m存在一不规则圆形异常区，东西长45m，南北宽大于40m,从电性分析上认为该地质异常体含水性较差。1.3奥陶纪新地层的断面2001年10月河北物探队对这一区域进行了三维地震勘探和电法探测，认为该溜子道前方存在一地质异常体，其范围在T1451近似椭圆形，东西方向38m，南北方向32m；在T1390近似椭圆形，长轴（东西方向）为45m，短轴（南北方向）为42m；在14煤层近似椭圆形，长轴（南北方向）为48m，短轴（东西方向）为44m，从提供的8个时间剖面看。有4个剖面，5、9煤层断开比较明显，其余4个剖面断开不明显，但所有剖面12煤层及以下地层断开均显示不明显，奥陶纪灰岩界面显示也不清晰。这可能是由于三维地震勘探深度太大，分辩率低所致。1.4振动器-地面电磁干法中科院地球物理所利用可控源音频大地电磁法（CSAMT）对该地质异常体进行了加密探测，结果表明该异常体区域为高视电阻率区，不赋水。1.5t1451风道/t1451泄水道探测T1451泄水道掘出绕过该地质异常体后，利用无线电坑透方法对该地质异常体进行了探测，在T1451风道、T1451泄水道之间发射和接收。探测结果圈定3个异常区，均呈条带状南北走向，在实测数据过程中未见实测值过低或阻断情况，可以断定迎头所见地质异常体不是含水异常体。1.6钻井试验根据物探资料分析，并结合井下巷道分布情况，分别在T1390泄水道和14水平大巷两处各施工了3个探测孔。1.6.1地层岩性的初步界定在T1390泄水道共施工3个钻孔，其中1号、2号钻孔探测井下直流电法所圈定的异常区，1号孔孔深53.6m，上仰8°,2号孔孔深44m，上仰30°。从1号、2号钻孔情况来看，1号孔钻至23m,2号孔钻至24m处，也就是直流电法圈定的异常区位置均发生了塌孔，岩心破碎、憋泵、岩心采取率低，地层产状杂乱无章，岩性差异极大等现象，尤其是2号孔所取岩心十分破碎且含有铝土质泥岩，遇水发生膨胀、水解或泥状。与T1451迎头所见岩性极为类似。而在地质异常体以里70m处施工的3号孔，则见到了正常的5煤层，5～9煤层段所取岩心完整，岩性基本为中、细砂岩和泥岩。综上分析，可以初步断定，1、2号孔进入地质异常体内后所见岩石，不是正常的5—9煤层之间的岩层，而且在应该见7煤层的位置没有见到7煤层。但在进入地质异常体后均没有出现涌水现象，这也进一步验证了该地质异常体不含水。1.6.2地层岩性特征结果为进一步探测T1451地质异常体下部是否发展到基底奥陶纪灰岩，在14水平大巷设计了专门钻道，以便于施工钻孔。2003年2月14日，根据T1451异常区地质特征，先后施工了三个钻孔，总工作量332.8m（图2）。(1)1号孔。方位为N32°E，上仰8°，设计孔深140m，实际进尺124.5m，其岩性为：0～76.5m，灰白色中砂岩，遇水风化；76.5～77.5m，煤线；77.5～104.0m，灰褐色泥岩；104.0～124.5m，灰白色粉砂岩、细砂岩等。(2)2号孔。方位N32°E，上仰28°，设计孔深160m，实际进尺83.8m。其岩性：0～4.0m，灰白色中砂岩；4.0～8.0m，灰褐色泥岩；8.0～17.6m，灰褐色细砂岩；17.6～31.0m，灰白色中砂岩；31.0～35.2m，灰褐色细砂岩；35.2～35.7m,121煤层；35.7～36.5m，腐泥质泥岩；36.5～42.5m,121煤层；42.5～48.0m，腐泥质泥岩；48.0～83.8m，灰褐色泥岩；在83.8m见煤后回撤8根钻杆后出现卡钻，向孔内泵水不回水，估计在后路36.5～42.5m121煤层处出现塌孔，被迫停钻。(3)3号孔。方位N32°E，上仰18°，设计孔深140m，实际钻进124.5m。其岩性为：0～6.5m灰白色中砂岩；6.5～14.5m灰褐色泥岩；14.5～24.0m，灰褐色细砂岩；24.0～30.0m，灰褐色泥岩；30.0～30.4m，煤线；30.4～44.0m，灰白色中砂岩；44.0～52.8m，灰褐色细砂岩；52.8～53.6m，煤线；53.6～61.6m，灰褐色泥岩；61.6～64.6m,121煤层；64.6～87.2m，黑色腐泥质泥岩；87.2～124.5m，灰白色粉砂岩、灰白色细砂岩、灰褐色粉砂岩和灰白色泥岩，其中灰白色泥岩遇水风化，灰白色的细砂岩岩芯夹角45°。根据14水平大巷钻探情况看：1号孔在0～104m地层正常，104～124.5m岩性较为复杂,表明已进入地质异常体内；2号孔实际钻进83.8m，岩层层位、岩心夹角正常，所见121煤层及其标志层黑色腐泥质泥岩、11煤层底板泥岩中黄铁矿成分等具标志特征，均证明该控制范围为正常区域。停钻原因为见煤塌孔，与地质异常体无关。没达到设计位置；3号孔在0～87.2m内地层层位正常，并在64.6～87.2m实见了标志层黑色腐泥质泥岩，但在87.2～124.5m，地层岩性、地层倾角变化较大。其地层岩性上部主要为灰白色粉砂岩，含少量钙质，遇酸起泡；中部为灰白、灰褐色细砂岩，岩心夹角为45°；下部为灰白色泥岩，遇水风化，其所揭露的灰白色粉砂岩、灰白色泥岩、灰褐色粉砂岩，此处存在岩性异常现象，说明在87.2m以后进入地质异常体内。上述3个钻孔在钻进过程中，均未发现漏水或回水不正常现象，也没有涌水，进一步验证地质异常体既不含水，也不导水。1.7地质异常体的控制措施为了进一步对T1451地质异常体矿井地质、水文地质条件和地质异常体的范围，在T1451地质异常体周围进行了巷探，控制了地质异常体在5煤层的影响范围及周围的地质、水文地质条件（图3）。2综合土壤质量分析的结果和待解决的问题2.1合地质勘探效果从2001年6月至2003年12月，针对T1451地质异常体，相继进行了三维地震勘探、电法探测、无线电坑透、可控源音频大地电磁法、井下钻探和巷探等多种手段的、全方位的综合地质勘探，取得了初步成果，主要为：通过三维地震等物探手段，基本圈定了地质异常体影响范围，并在物探资料的基础上，分别在T1390和14水平大巷进行了井下钻探，有针对性地控制了地质异常体的影响范围，并以之为基础在T1451进行了地质异常体两侧巷探，进一步对物探和井下钻探勘探成果进行了确认，基本上确定了地质异常体对5煤层和9煤层的影响范围。直流电法、可控源音频大地电磁法、无线电坑透等物探手段均显示地质异常体影响范围为一不含水或含水性较差的区域，通过T1390、14水平大巷钻孔进一步对物探资料进行了证实。2.2开采上覆煤层防水煤柱的尚无法实施由于奥陶纪灰岩埋深在800m以下，三维地震物探手段对煤系地层与奥陶纪灰岩之间的界面分辨不清，所以地质异常体是否发育至奥陶纪灰岩内仍然不太清楚，井下钻探由于受井下巷道的分布和防排水能力等诸多因素影响，进一步查清地质异常体与奥陶纪灰岩的联系，目前还难以实施。是岩溶陷落柱还是南北向发育的裂隙或者是所谓的滑塌构造，还难以判断？毕竟井田内曾经揭露过宽度达1m左右的南北向裂隙，滑塌构造也时有发现。而从整个开平煤田看，岩溶陷落柱也都出现在向斜的东南翼，在向斜的西北翼由于岩溶不发育，地下水泾流条件不好，出现岩溶陷落柱的条件也并不具备，时至今日，在向斜西北翼仍没有出现岩溶陷落柱。根据“坚持预防为主，有疑必探”的防治水原则，不能轻易排除岩溶陷落柱的可能性。在T1451、T1390开采之前应按照防治水有关规程、规定，进行防水煤柱的留设，确保在开采下层煤时不破坏上覆煤层防水煤柱的完整性。在煤层开采前、开采中和开采后均要对开采区域涌水量进行严密监测，对地面奥灰水观测孔要加密观测，一旦出现涌水量增大或地面奥灰水观测孔水位非季节性下降，应立即进行水文地质分析，并采取相应的防治水措施。3巷道地质特征物探作为间接的地质探测手段，具有易操作、经济快捷等优点，但因受井上下客观条件的影响，其可靠性在实际应用中会出现误差；钻探具有准确性高等优点，但控制范围小、成本高、速度慢等缺点。井下钻探较地面钻探成本有较大幅度的降低，缩短了施工距离，速度也有了大幅度的提高；巷探虽然具有成本高、进尺慢等缺点，但是具有地质观测直观等优点