小線框瞬變電磁法在探測煤礦充水巷道中的應(yīng)用

趙 敏，甘志超

(1.中國煤炭科工集團(tuán)科技發(fā)展部北京100013;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京100013)

煤礦在生產(chǎn)過程中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，突水事故時有發(fā)生。為了保證煤礦生產(chǎn)的安全，需要進(jìn)行堵水和排水工程，首先就要查明突水巷道或是充水巷道的分布，一般選擇利用物探方法進(jìn)行探測。李學(xué)軍利用淺層反射波法探測了充水巷道，查明了50m左右的充水巷道［1］。岳建華與李志聃研究了礦井直流電法在煤層底板突水探測中的應(yīng)用，取得了較好的效果［2］;王文祥等利用SYT法進(jìn)行充水巷道探測的應(yīng)用研究［3］;李玉寶等利用中間梯度法探測了埋深200m的充水巷道［4］;丁云河等利用充電法探測涌水巷道［5］;馬瑞花利用瞬變電磁法勘探煤礦突水巷道，認(rèn)為曲線形態(tài)為高電位單峰異常反映充水巷道［6］。

根據(jù)實(shí)際地質(zhì)任務(wù)，利用小線框瞬變電磁法對充水巷道進(jìn)行了探測分析，取得了較好的結(jié)果。

1 工區(qū)概況

唐山某礦九水平涌水量自2008年5月開始，由2.3m3/min逐步增至9.44m3/min。經(jīng)分析該涌水為唐山某礦井田范圍內(nèi)的某小礦關(guān)井停產(chǎn)不排水所致。九水平涌水量異常增大已經(jīng)威脅礦井安全，治理方案是將小煤礦向唐山某礦的泄水巷道封堵。首先對小煤礦的新井區(qū)部位的－240m水平巷道進(jìn)行封閉。目的是阻斷小煤礦的新井區(qū)部位通過－240m水平巷道向唐山某礦九水平泄水的可能。

前期施工了部分注漿孔，但觀測唐山某礦九水平的涌水量并未減少，說明小煤礦提供的采礦資料不準(zhǔn)確。因此在鉆探的基礎(chǔ)上，選擇利用物探探測充水巷道的分布。

2 儀器選擇與工作布置

根據(jù)采礦資料，需要探測的巷道斷面尺寸為3m×2m左右，根據(jù)鉆孔水位，巷道內(nèi)已經(jīng)充滿水。因此本次物探工作的地球物理模型是在高阻中尋找低阻。選擇的物探方法為對低阻地質(zhì)體敏感的瞬變電磁法。

由于場地內(nèi)地面存在鉆機(jī)和道路等干擾源，因此選擇EMRS－3型瞬變電磁法儀，其最大供電電流為2000A，采用3m×3m的小線框進(jìn)行工作。

由于充水巷道的尺寸小，因此布置測線線距5m，點(diǎn)距2m，以保證橫向的分辨率。對充水巷道注漿封堵前，進(jìn)行第1次探測，查明含水巷道的分布以指導(dǎo)注漿。為分析注漿封堵效果，當(dāng)完成注漿治理后，在相同的坐標(biāo)位置進(jìn)行第2次探測。

3 探測結(jié)果分析

3.1 治理前物探成果分析

治理前的物探成果見圖1，分析認(rèn)為:在0線至65線的中間的異常帶較寬，推斷為2條巷道反映，但由于2條巷道的距離可能比較近，加上充水影響，所以從電性上不能嚴(yán)格區(qū)分開，幾乎連在一起，都表現(xiàn)為低電阻率反映。并且由于在進(jìn)行第1次物探工作時，在測線的中部位置附近有鐵皮墻和鉆桿等干擾源，分析該寬異常帶是受地面干擾源和井下充水巷道的共同影響。

結(jié)合北部異常特征分析，該部位的巷道亦有可能是1條，因?yàn)樵诒辈康南锏腊l(fā)育呈現(xiàn)以下特點(diǎn):一是視電阻率條帶狀分布特征明顯，但寬度變窄;二是雖然從視電阻率等值線的展布特征分析是2條，但東部的1條與西部發(fā)育的低電阻率異常帶相比，條帶狀特征要差一些，所以推斷為采空區(qū)異常帶更為準(zhǔn)確。由此綜合推斷，新巷1號鉆孔并不位于導(dǎo)水巷道的中心部位，有可能只是阻擋了東部采空區(qū)積水向唐山某礦的導(dǎo)水通道，并沒有從根本上消除主導(dǎo)水通道的影響，北部95線至135線部位西部的低電阻率異常條帶才是主巷道的發(fā)育位置。

圖1 治理前物探成果

在進(jìn)行物探前對探測區(qū)內(nèi)的大的金屬物品進(jìn)行了清理，但仍有鉆塔、鐵皮墻和鉆桿等金屬物存在，對第1次物探工作還是有一定的影響。

從第1次物探工作分析，75線和95線相交的中部低電阻率異常部位為其導(dǎo)水巷道的中心部位，建議先在該部位施工一探測孔加以驗(yàn)證，再依據(jù)驗(yàn)證結(jié)果調(diào)整下一步注漿封堵方案。

3.2 治理后物探成果分析

治理后的物探成果見圖2，對比治理前的物探成果分析認(rèn)為:在0線至65線的中間偏東的異常帶較寬，但與治理前的物探結(jié)果比較，可以明顯地看出，該異常帶比治理前要窄一些，并且中心位置也向東偏移了10m，推斷該異常帶為充水巷道。由于治理后在進(jìn)行物探測量時，鐵皮墻和鉆桿等金屬物體已經(jīng)移走，地面已經(jīng)基本不存在干擾源，因此分析認(rèn)為治理后的異常帶能更準(zhǔn)確地顯示充水巷道的分布。對比治理前后0線至65線中間部位的低阻異常，可以發(fā)現(xiàn)低阻異常其連續(xù)性都比較好，視電阻率值也相對比較低，說明治理前后，該范圍內(nèi)巷道的充水情況差異不大，經(jīng)過處理后該部位的水被封堵在巷道里面。

圖2 治理后物探成果

對比分析治理前后北部異常特征，可以看出:在95線至135線西部的低阻異常帶在治理前連續(xù)性較好，條帶狀特征明顯，說明該異常帶充水性好，推測為充滿水的巷道，在治理后該低阻異常帶仍然存在，但是其連續(xù)性明顯降低，條帶狀特征變差，說明經(jīng)過治理后，該導(dǎo)水巷道得到了一定封堵，導(dǎo)水性變差。

4 結(jié)論

(1)對于充水巷道的探測，選擇對低阻體敏感的瞬變電磁法，其探測深度大，體積效應(yīng)小。特別是在地面有干擾源的地方，應(yīng)選擇小線框，旁側(cè)效應(yīng)較小，能取得更好的結(jié)果。

(2)由于充水巷道的尺寸都比較小，因此在進(jìn)行小線框的瞬變電磁法探測時，應(yīng)加密線距和點(diǎn)距，特別是點(diǎn)距加密到2m，增加了橫向分辨率，對較好地識別充水巷道起到重要作用。

［1］李學(xué)軍.淺層反射波法探測充水巷道初探［J］.工程勘察，1994(6).

［2］岳建華，李志聃.礦井直流電法及在煤層底板突水探測中的應(yīng)用［J］.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997(3).

［3］王文祥，湯寒松，唐方頭.充水巷道的探測與傳統(tǒng)電磁波定義的質(zhì)疑 ［J］.煤炭學(xué)報(bào)，1998(2).

［4］李玉寶，王邦成，等.突水巷道的探測與效果 ［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，1999(7).

［5］丁云河，晁代超，王改成.充電法在確定煤礦區(qū)涌水巷道位置中的應(yīng)用 ［J］.河北煤炭，2002(4).

［6］馬瑞花，龔惠民.TEM法在尋找煤礦突水巷道中的應(yīng)用［J］.中國煤田地質(zhì)，2003(6).