唐山礦業(yè)公司1451溜子道綜合地質(zhì)勘探實踐

唐山礦業(yè)公司1451溜子道綜合地質(zhì)勘探實踐

2001年6月4日，開283（集團）唐山煤礦公司p1451號儲層在237米的挖掘中發(fā)現(xiàn)了非常罕見的地質(zhì)異常體，引起了采礦、地質(zhì)等專業(yè)人員的高度關(guān)注。為搞清其礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件和地質(zhì)異常體形成機制、性質(zhì)以及與煤系基底奧陶紀灰?guī)r巖溶裂隙含水層之間的水力聯(lián)系，相繼進行了三維地震勘探、電法探測、無線電坑透、可控源音頻大地電磁法、井下鉆探和巷探等多手段綜合地質(zhì)勘探，為地質(zhì)異常體影響區(qū)域的整體規(guī)劃、煤巷掘進、煤炭開采防治水工作提供了有力依據(jù)，并有助于指導(dǎo)今后礦井地質(zhì)、礦井水文地質(zhì)等工作的開展和深入研究。1多組綜合地質(zhì)勘探1.1地層厚度、地層傾角和巖性風(fēng)侵蝕現(xiàn)象T1451位于馬鞍形地質(zhì)構(gòu)造的西翼、寬緩向斜北部，接近向斜軸部。工作面標高為-796～-913.6m，設(shè)計走向長1270m，寬度150m，基本上沿煤層走向布置，其煤層厚度為2.3～3.5m，地層傾角為8～26°，平均為15°。溜子道在掘至237m處，遇見地質(zhì)異常體至240m停掘，進入地質(zhì)異常體3m。在地質(zhì)異常體內(nèi)，巖層呈雜亂無章狀，巖石破碎，巖石之間不膠結(jié)，巖石風(fēng)化侵蝕現(xiàn)象比較普遍，結(jié)合鄰近地質(zhì)鉆孔和井下巷道揭露的地質(zhì)資料，地層大致可以界定在5煤層至2煤層、3煤層之間。煤層與地質(zhì)異常體接觸面呈明顯的不規(guī)則鋸齒狀（圖1）。1.2地面巷道接收點T1451溜子道見地質(zhì)異常體后，由西安分院專家在T1451溜子道見地質(zhì)異常體迎頭和在T1390工作面對T1451見地質(zhì)異常體迎頭前方進行了井下直流電法探測。在T1451迎頭前方存在兩組異常帶，分別位于迎頭前方-2～9.5m、20～24.5m，認為迎頭存在兩處明顯的構(gòu)造或裂隙發(fā)育段，其中-2～9.5m處異常較大。T1451溜子道巷道一側(cè)探測表明：靠近迎頭附近，存在一異常區(qū)長約40m。T1390巷道一側(cè)探測表明：距T1390巷道約30m存在一不規(guī)則圓形異常區(qū)，東西長45m，南北寬大于40m,從電性分析上認為該地質(zhì)異常體含水性較差。1.3奧陶紀新地層的斷面2001年10月河北物探隊對這一區(qū)域進行了三維地震勘探和電法探測，認為該溜子道前方存在一地質(zhì)異常體，其范圍在T1451近似橢圓形，東西方向38m，南北方向32m；在T1390近似橢圓形，長軸（東西方向）為45m，短軸（南北方向）為42m；在14煤層近似橢圓形，長軸（南北方向）為48m，短軸（東西方向）為44m，從提供的8個時間剖面看。有4個剖面，5、9煤層斷開比較明顯，其余4個剖面斷開不明顯，但所有剖面12煤層及以下地層斷開均顯示不明顯，奧陶紀灰?guī)r界面顯示也不清晰。這可能是由于三維地震勘探深度太大，分辯率低所致。1.4振動器-地面電磁干法中科院地球物理所利用可控源音頻大地電磁法（CSAMT）對該地質(zhì)異常體進行了加密探測，結(jié)果表明該異常體區(qū)域為高視電阻率區(qū)，不賦水。1.5t1451風(fēng)道/t1451泄水道探測T1451泄水道掘出繞過該地質(zhì)異常體后，利用無線電坑透方法對該地質(zhì)異常體進行了探測，在T1451風(fēng)道、T1451泄水道之間發(fā)射和接收。探測結(jié)果圈定3個異常區(qū)，均呈條帶狀南北走向，在實測數(shù)據(jù)過程中未見實測值過低或阻斷情況，可以斷定迎頭所見地質(zhì)異常體不是含水異常體。1.6鉆井試驗根據(jù)物探資料分析，并結(jié)合井下巷道分布情況，分別在T1390泄水道和14水平大巷兩處各施工了3個探測孔。1.6.1地層巖性的初步界定在T1390泄水道共施工3個鉆孔，其中1號、2號鉆孔探測井下直流電法所圈定的異常區(qū)，1號孔孔深53.6m，上仰8°,2號孔孔深44m，上仰30°。從1號、2號鉆孔情況來看，1號孔鉆至23m,2號孔鉆至24m處，也就是直流電法圈定的異常區(qū)位置均發(fā)生了塌孔，巖心破碎、憋泵、巖心采取率低，地層產(chǎn)狀雜亂無章，巖性差異極大等現(xiàn)象，尤其是2號孔所取巖心十分破碎且含有鋁土質(zhì)泥巖，遇水發(fā)生膨脹、水解或泥狀。與T1451迎頭所見巖性極為類似。而在地質(zhì)異常體以里70m處施工的3號孔，則見到了正常的5煤層，5～9煤層段所取巖心完整，巖性基本為中、細砂巖和泥巖。綜上分析，可以初步斷定，1、2號孔進入地質(zhì)異常體內(nèi)后所見巖石，不是正常的5—9煤層之間的巖層，而且在應(yīng)該見7煤層的位置沒有見到7煤層。但在進入地質(zhì)異常體后均沒有出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，這也進一步驗證了該地質(zhì)異常體不含水。1.6.2地層巖性特征結(jié)果為進一步探測T1451地質(zhì)異常體下部是否發(fā)展到基底奧陶紀灰?guī)r，在14水平大巷設(shè)計了專門鉆道，以便于施工鉆孔。2003年2月14日，根據(jù)T1451異常區(qū)地質(zhì)特征，先后施工了三個鉆孔，總工作量332.8m（圖2）。(1)1號孔。方位為N32°E，上仰8°，設(shè)計孔深140m，實際進尺124.5m，其巖性為：0～76.5m，灰白色中砂巖，遇水風(fēng)化；76.5～77.5m，煤線；77.5～104.0m，灰褐色泥巖；104.0～124.5m，灰白色粉砂巖、細砂巖等。(2)2號孔。方位N32°E，上仰28°，設(shè)計孔深160m，實際進尺83.8m。其巖性：0～4.0m，灰白色中砂巖；4.0～8.0m，灰褐色泥巖；8.0～17.6m，灰褐色細砂巖；17.6～31.0m，灰白色中砂巖；31.0～35.2m，灰褐色細砂巖；35.2～35.7m,121煤層；35.7～36.5m，腐泥質(zhì)泥巖；36.5～42.5m,121煤層；42.5～48.0m，腐泥質(zhì)泥巖；48.0～83.8m，灰褐色泥巖；在83.8m見煤后回撤8根鉆桿后出現(xiàn)卡鉆，向孔內(nèi)泵水不回水，估計在后路36.5～42.5m121煤層處出現(xiàn)塌孔，被迫停鉆。(3)3號孔。方位N32°E，上仰18°，設(shè)計孔深140m，實際鉆進124.5m。其巖性為：0～6.5m灰白色中砂巖；6.5～14.5m灰褐色泥巖；14.5～24.0m，灰褐色細砂巖；24.0～30.0m，灰褐色泥巖；30.0～30.4m，煤線；30.4～44.0m，灰白色中砂巖；44.0～52.8m，灰褐色細砂巖；52.8～53.6m，煤線；53.6～61.6m，灰褐色泥巖；61.6～64.6m,121煤層；64.6～87.2m，黑色腐泥質(zhì)泥巖；87.2～124.5m，灰白色粉砂巖、灰白色細砂巖、灰褐色粉砂巖和灰白色泥巖，其中灰白色泥巖遇水風(fēng)化，灰白色的細砂巖巖芯夾角45°。根據(jù)14水平大巷鉆探情況看：1號孔在0～104m地層正常，104～124.5m巖性較為復(fù)雜,表明已進入地質(zhì)異常體內(nèi)；2號孔實際鉆進83.8m，巖層層位、巖心夾角正常，所見121煤層及其標志層黑色腐泥質(zhì)泥巖、11煤層底板泥巖中黃鐵礦成分等具標志特征，均證明該控制范圍為正常區(qū)域。停鉆原因為見煤塌孔，與地質(zhì)異常體無關(guān)。沒達到設(shè)計位置；3號孔在0～87.2m內(nèi)地層層位正常，并在64.6～87.2m實見了標志層黑色腐泥質(zhì)泥巖，但在87.2～124.5m，地層巖性、地層傾角變化較大。其地層巖性上部主要為灰白色粉砂巖，含少量鈣質(zhì)，遇酸起泡；中部為灰白、灰褐色細砂巖，巖心夾角為45°；下部為灰白色泥巖，遇水風(fēng)化，其所揭露的灰白色粉砂巖、灰白色泥巖、灰褐色粉砂巖，此處存在巖性異常現(xiàn)象，說明在87.2m以后進入地質(zhì)異常體內(nèi)。上述3個鉆孔在鉆進過程中，均未發(fā)現(xiàn)漏水或回水不正常現(xiàn)象，也沒有涌水，進一步驗證地質(zhì)異常體既不含水，也不導(dǎo)水。1.7地質(zhì)異常體的控制措施為了進一步對T1451地質(zhì)異常體礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和地質(zhì)異常體的范圍，在T1451地質(zhì)異常體周圍進行了巷探，控制了地質(zhì)異常體在5煤層的影響范圍及周圍的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件（圖3）。2綜合土壤質(zhì)量分析的結(jié)果和待解決的問題2.1合地質(zhì)勘探效果從2001年6月至2003年12月，針對T1451地質(zhì)異常體，相繼進行了三維地震勘探、電法探測、無線電坑透、可控源音頻大地電磁法、井下鉆探和巷探等多種手段的、全方位的綜合地質(zhì)勘探，取得了初步成果，主要為：通過三維地震等物探手段，基本圈定了地質(zhì)異常體影響范圍，并在物探資料的基礎(chǔ)上，分別在T1390和14水平大巷進行了井下鉆探，有針對性地控制了地質(zhì)異常體的影響范圍，并以之為基礎(chǔ)在T1451進行了地質(zhì)異常體兩側(cè)巷探，進一步對物探和井下鉆探勘探成果進行了確認，基本上確定了地質(zhì)異常體對5煤層和9煤層的影響范圍。直流電法、可控源音頻大地電磁法、無線電坑透等物探手段均顯示地質(zhì)異常體影響范圍為一不含水或含水性較差的區(qū)域，通過T1390、14水平大巷鉆孔進一步對物探資料進行了證實。2.2開采上覆煤層防水煤柱的尚無法實施由于奧陶紀灰?guī)r埋深在800m以下，三維地震物探手段對煤系地層與奧陶紀灰?guī)r之間的界面分辨不清，所以地質(zhì)異常體是否發(fā)育至奧陶紀灰?guī)r內(nèi)仍然不太清楚，井下鉆探由于受井下巷道的分布和防排水能力等諸多因素影響，進一步查清地質(zhì)異常體與奧陶紀灰?guī)r的聯(lián)系，目前還難以實施。是巖溶陷落柱還是南北向發(fā)育的裂隙或者是所謂的滑塌構(gòu)造，還難以判斷？畢竟井田內(nèi)曾經(jīng)揭露過寬度達1m左右的南北向裂隙，滑塌構(gòu)造也時有發(fā)現(xiàn)。而從整個開平煤田看，巖溶陷落柱也都出現(xiàn)在向斜的東南翼，在向斜的西北翼由于巖溶不發(fā)育，地下水涇流條件不好，出現(xiàn)巖溶陷落柱的條件也并不具備，時至今日，在向斜西北翼仍沒有出現(xiàn)巖溶陷落柱。根據(jù)“堅持預(yù)防為主，有疑必探”的防治水原則，不能輕易排除巖溶陷落柱的可能性。在T1451、T1390開采之前應(yīng)按照防治水有關(guān)規(guī)程、規(guī)定，進行防水煤柱的留設(shè)，確保在開采下層煤時不破壞上覆煤層防水煤柱的完整性。在煤層開采前、開采中和開采后均要對開采區(qū)域涌水量進行嚴密監(jiān)測，對地面奧灰水觀測孔要加密觀測，一旦出現(xiàn)涌水量增大或地面奧灰水觀測孔水位非季節(jié)性下降，應(yīng)立即進行水文地質(zhì)分析，并采取相應(yīng)的防治水措施。3巷道地質(zhì)特征物探作為間接的地質(zhì)探測手段，具有易操作、經(jīng)濟快捷等優(yōu)點，但因受井上下客觀條件的影響，其可靠性在實際應(yīng)用中會出現(xiàn)誤差；鉆探具有準確性高等優(yōu)點，但控制范圍小、成本高、速度慢等缺點。井下鉆探較地面鉆探成本有較大幅度的降低，縮短了施工距離，速度也有了大幅度的提高；巷探雖然具有成本高、進尺慢等缺點，但是具有地質(zhì)觀測直觀等優(yōu)點