綜合物探工藝在礦井水害防治中的應(yīng)用

河南陜縣義煤集團(tuán) 觀音堂煤業(yè)有限公司 郝東青 孫保紅 朱長(zhǎng)遠(yuǎn)

綜合物探工藝在礦井水害防治中的應(yīng)用

河南陜縣義煤集團(tuán) 觀音堂煤業(yè)有限公司 郝東青 孫保紅 朱長(zhǎng)遠(yuǎn)

義煤集團(tuán)觀音堂煤業(yè)有限公司位于河南義馬礦區(qū)西部的陜澠煤田，礦井正常涌水量為130～150 m3/h,最大涌水量260 m3/h，礦井水文地質(zhì)類(lèi)型為中等，主采煤層為二疊系山西組二煤，礦井主采區(qū)承受奧灰水壓2.2～3.5 MPa，礦井開(kāi)采過(guò)程中主要受到底板承壓奧灰水和老空水的威脅。對(duì)此，觀音堂煤業(yè)公司綜合應(yīng)用三維地震勘探、直流電法勘探、瞬變電磁等多種物探手段，取得了理想的勘探效果。

一、物探技術(shù)工藝探析

1.三維地震勘探。三維地震勘探技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的地面勘探工藝。該工藝勘探范圍大，對(duì)控制區(qū)域內(nèi)斷層的走向、落差等項(xiàng)目探測(cè)精度較高，能更準(zhǔn)確可靠地探測(cè)出影響礦井安全生產(chǎn)的地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)問(wèn)題。觀音堂煤業(yè)有限公司在25采區(qū)應(yīng)用該方法進(jìn)行了地質(zhì)勘探，控制了該區(qū)二1煤層斷層12條，其中，落差大于100 m的1條，落差大于5 m小于10 m的6條，落差小于5 m的5條，并對(duì)采區(qū)內(nèi)的斷層走向及落差作了標(biāo)定，同時(shí)給出了奧灰頂界面形態(tài)及富水分布圖等，為采區(qū)內(nèi)采掘工作面工程布置及提前進(jìn)行水害防治提供了可靠的地質(zhì)保障。

2.直流電法勘探。直流電法勘探以煤、巖層的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，人工向地下供入穩(wěn)定電流，以觀測(cè)大地電流的分布規(guī)律，從而確定巖、礦體物性（如貧、富水區(qū)域）的分布規(guī)律或地質(zhì)構(gòu)造（如斷層、裂隙發(fā)育區(qū)）的特征。其中單極偶極裝置主要用于巷道掘進(jìn)頭超前探測(cè)，采用的工作布置方式為A1→A2→A3→M和N→B（#）：A1位于掘進(jìn)頭處，位置固定不動(dòng)用于向巖層供電；B極位于無(wú)窮遠(yuǎn)處；M、N為測(cè)量電極，沿巷道移動(dòng)探測(cè)地電場(chǎng)電壓。觀音堂煤業(yè)有限公司主要應(yīng)用直流電法單極偶極裝置超前探測(cè)，以防范巷道掘進(jìn)頭前方斷層破碎帶水和老空水，取得了良好的成效。在實(shí)際工作中，預(yù)計(jì)19020掘進(jìn)工作面14 m后進(jìn)入原19040采空區(qū)，為探明老空區(qū)是否積水，進(jìn)行了直流電法單極偶極超前探測(cè)，探測(cè)結(jié)果顯示正頭前方14～20 m為明顯高阻，是不含水采空區(qū)的顯著特征，后經(jīng)掘進(jìn)，正頭前方13 m進(jìn)入采空區(qū)，采空區(qū)無(wú)水。探測(cè)結(jié)果如圖1所示。

在25050上改造切眼掘進(jìn)工作面，預(yù)計(jì)正頭前方30～40 m有一落差10～20 m的斷層，為探明斷層的賦、導(dǎo)水性，觀音堂煤業(yè)有限公司進(jìn)行了直流電法超前勘探，探測(cè)結(jié)果顯示，前方32～36 m段為明顯低阻異常區(qū)，即斷層具有一定的含、導(dǎo)水性，且與原19090采空區(qū)接近，老空水量較大，盲目探放水危險(xiǎn)性較大，于是立即停止掘進(jìn)，留設(shè)了防水煤柱，變方向做改造上巷，從而避免了一場(chǎng)水災(zāi)事故的發(fā)生。探測(cè)結(jié)果如圖2所示。

3.瞬變電磁法勘探。井下瞬變電磁法是利用不接地回線向地下發(fā)射不同頻率的電磁脈沖進(jìn)行探測(cè)的一種方法。該脈沖的下降沿產(chǎn)生變化的一次場(chǎng)并向周?chē)臻g擴(kuò)散，即一場(chǎng)場(chǎng)；該一次場(chǎng)進(jìn)入地下導(dǎo)電介質(zhì)時(shí)便產(chǎn)生隨時(shí)間變化的二次場(chǎng)，低電阻率地質(zhì)體如導(dǎo)含水陷落柱、導(dǎo)水?dāng)鄬?、金屬礦體等能引起較強(qiáng)且衰減慢的二次場(chǎng)，而貧水區(qū)等高阻體會(huì)引起較弱且衰減快的二次場(chǎng)，通過(guò)對(duì)該二次場(chǎng)的觀測(cè)和反演解釋?zhuān)憧梢垣@得地下介質(zhì)的電導(dǎo)率值、電性分層、厚度變化、電性體埋深和產(chǎn)狀以及地下電性結(jié)構(gòu)等有關(guān)信息。觀音堂煤業(yè)有限公司25040工作面在回采過(guò)程中發(fā)生底板出水，為查明出水水源，對(duì)工作面上巷進(jìn)行了瞬變電磁勘探，勘探結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，25040工作面相對(duì)低阻異常區(qū)主要有三段：其中標(biāo)尺43～60 m段低阻區(qū)與深部溝通，回采時(shí)可能發(fā)生底板突水；95～105m段和185～197 m段均導(dǎo)高相對(duì)較大但范圍不大且僅位于淺部、與深部無(wú)溝通，回采時(shí)存在發(fā)生少量底板突水的可能性，但對(duì)工作面回采影響較小。經(jīng)對(duì)標(biāo)尺43～60 m段進(jìn)行鉆探查證，僅在太原組灰?guī)r段有少量出水，工作面已安全回采結(jié)束，出水量也減少為7～8 m3/h。

二、結(jié)論

由于物探方法存在的多解性及解決問(wèn)題、適用條件的局限性，依靠單一物探手段往往會(huì)出現(xiàn)誤判、漏判現(xiàn)象，很難取得理想的地質(zhì)勘探效果。綜合采用科學(xué)、合理的物探工藝，多種物探手段相互驗(yàn)證、互為補(bǔ)充，不僅有助于物探方法自身作業(yè)的充分發(fā)揮，更能快速準(zhǔn)確查明礦井水文地質(zhì)條件，為礦井水害防治工作提供重要依據(jù)。