浅谈寻找断失翼煤层的方法

徐 庆,李凤申,李 鑫

(枣庄矿业集团高庄煤业有限公司,山东 微山 277605)

1 工程概况

高煤公司所属地层属华北地层大区晋冀鲁豫地层区鲁西地层分区济宁地层小区,井田内含煤地层为石炭—二叠纪月门沟群太原组、山西组,现采煤层3号煤位于山西组。3号煤中有平均厚度10 cm的夹矸,3号煤层分为3上煤层和3下煤层分层开采。

该公司采用前进式开采,上水平采空区越来越多,矿井运营成本、采场地质条件复杂性逐年提高。断层在构造带给顶板支护带来很大的安全隐患,造成无效进尺甚至巷道报废,浪费了人力、物力、财力。因此,对寻找掘进巷道断失翼煤层的前瞻性、准确性提出了更高的要求[1-3]。

2 方法一——层位对比法、生产钻探法

2.1 地点:3上1106运输巷

3上1106运输巷地层综合柱状图见图1。

图1 3上1106运输巷地层综合柱状图Fig.1 Comprehensive strata histogram of 3-1106 transportation roadway

3上1106运输巷巷道顶底板物理性质、地层产状如下：

1)3上煤基本顶为粉、细粒砂岩互层,厚度56.40 m～84.50 m,平均为66.50 m,粉砂岩,深灰色,质纯,块状构造,含黄铁矿星点状及炭化植物化石碎片,具擦痕;细砂岩,灰色,质不纯,含粉砂质,以石英、长石为主含云母碎片及暗色矿物,泥质胶结,夹粉砂岩细条带及菱铁矿鲕状条带,构成发育的水平、波状及斜层理。

2)直接顶为粉粒砂岩,厚度6.15 m～9.15 m,平均为7.60 m,深灰色,质纯,块状,含炭化植物化石碎片及保存不完整的柯达树化石。

3)直接底为砂质泥岩,厚度4.82 m～17.2 m,平均8.4 m,深灰色,致密,含砂均匀,上部夹细砂岩条带,含黄铁矿及菱铁矿结核。

4)基本底为粉粒砂岩,厚度8.93 m～14.07 m,平均10.80 m,灰黑色,质纯,致密,局部夹层状菱铁矿结核,具擦痕,压性裂隙不发育。

3上1106运输巷巷道顶底板岩石强度参数如表1所示。

表1 岩石强度参数表Table 1 Rock stress parameters

3上1106工作面所处地层总体为单斜构造,走向51°、倾向321°。煤岩层产状较稳定,煤岩层倾角最小7°,最大20°,平均11.8°[4]。

2.2 3上1106运输巷断失翼煤层的寻找

1)当施工至隐伏断层约130 m时,揭露两条次生正断层,落差分别为1.7 m、2.5 m,均未超过一个煤层厚度,煤岩层倾角接近平均值,巷道正常掘进。

2)每隔50 m在巷道底板和顶板+90°,设计施工2个钻孔,分别探测3上煤层、3上煤层底板岩石厚度及3下煤层厚度,边探边掘,排查煤层有无较大断层。3上1106运输巷平面示意图见图2。

图2 3上1106运输巷平面示意图Fig.2 Sketch map of 3-1106 transportation roadway

3)通过两条次生正断层后，巷道再掘进100 m，顶板岩层倾角突然变大，煤岩层倾角由后倾变前倾，滑面增多出现揉皱、破碎现象，煤体呈鱼鳞状，煤岩层产状发生显著变化。

4)在巷道17#导线点处底板上2.0 m、2.2 m处开孔，顺煤岩层倾角设计-2°、-4°两钻，施工进尺31 m、39 m，钻孔见粉砂岩，由图1煤层综合柱状图可知3上煤层顶板为粉粒砂岩，故用层位对比法判断为3上煤层顶板，断层位置的确定，见图3。

图3 3上1106运输巷剖面示意图Fig.3 Cross-section profile of 3-1106 transportation roadway

5)断层位置探测清楚后，-90°、+90°由每隔50 m改为每隔20 m探测断层落差；在该巷道18#导线点前10 m处，顶板+90°处一钻：穿过1.2 m粉砂岩见厚度为4.5 m煤层(3上煤层)；18#导线点前12 m处，底板-90°处一钻：依次穿过4.2 m煤(3上煤层)、9.7 m砂质泥岩、3.5煤层(3下煤层)，则得出断层落差为8.0 m、断层性质为逆断层。

6)巷道由下山-4°煤层底板掘进更改为上山挑顶+9°掘进,以较短破岩石距离掘进至对盘3上煤层底板砂质泥岩及3上煤层中。

3 方法二——作图分析法、规律类推法

3.1 地点:3上1106撤架通道

3上1106撤架通道的顶底板物理性质、地层产状与3上1106运输巷基本一致。

3.2 3上1106撤架通道断失翼煤层的寻找

1)收集已揭露3上1106运输巷及3上1106材料巷相关地质资料,计算出开门点3上煤层底板标高Bk为-487.2 m,煤层倾角为7°,代入式(1)(2),推算出物探断层FD18上盘断煤交线处3上煤层底板标高Bs:

Hgc=L×sina=99.7×sin 7°=12.2 m.

(1)

Bs=Bk+Hgc=-487.2+12.2=-475.0 m.

(2)

式中:Hgc为开门点至FD18上盘断煤交线处高差,m;L为开门点至FD18上盘断煤交线处平距,99.7 m;a为煤层倾角,7°;Bs为FD18上盘断煤交线处3上煤层底板标高, m;Bk为开门点处3上煤层底板标高,-487.2 m。

同理，计算得出下盘3上煤层底板标高Bx=-482.0 m。图4为3上1106 撤架通道平面示意图,由图4可知FD18物探断层产状为后倾,而计算结果为前倾。在图4距离物探断层预测位置99 m处,3上1106材料巷揭露两条断层产状为前倾,结合规律类推法可推测此断层产状为前倾[5-6]。

图4 3上1106 撤架通道平面示意图Fig.4 Sketch map of 3-1106 removal roadway

2)当巷道掘进至2#点前9 m时顺煤层倾角+8°、+10°超前探测2钻,分别在18 m、17.4 m处见到粉粒砂岩断层面;由于上部透窝老巷道1106材料巷标高与2#点标高基本一致,则巷道由上山掘进改为卧底平巷掘进。3上1106撤架通道剖面示意图见图5。

图5 3上1106 撤架通道剖面示意图Fig.5 Cross-section profile of 3-1106 removal roadway

3)当巷道施工至2#点前39 m时,-90°巷道底板施工一钻进尺19 m,依次穿过3上煤层、3上煤层底板砂质泥岩、3下煤层,则断层性质与断距确定。

4 结束语

由于寻找断失翼煤层准确及时,在该公司3上1106运输巷、3上1106撤架通道掘进中分别挑顶、卧底,以较小的破岩石量通过这两条断层,避免了无效进尺。

在实际操作中一种方法寻找断失翼煤层往往比较困难,通常需要结合多种方法进行比较分析,才能做出准确判断。该公司结合实际地质资料,现场观测煤岩层状的异常,结合见断层前的征兆加密钻探,较准确的寻找到断失翼煤层,给断层处理指明了方向,为中小煤矿处理此类问题提供了借鉴。