綜合物探在地質(zhì)構(gòu)造與水害超前探測中的應(yīng)用研究

陳文東

摘 要：為深入研究某礦-315米水平大巷正斷層富水性與發(fā)育狀況，本文主要通過三種綜合物探方法對(duì)這一個(gè)大巷道實(shí)施超前探測。通過探測可以發(fā)現(xiàn)，探測區(qū)域之中不存在非常明顯的構(gòu)造，同時(shí)該區(qū)域之中沒有富水異?，F(xiàn)象存在，巷道的具體狀況充分表明探測結(jié)果非常準(zhǔn)確，進(jìn)而表明使用的探測技術(shù)較為合理。

關(guān)鍵詞：煤礦；地質(zhì)構(gòu)造；綜合物探；超前探測

研究發(fā)現(xiàn)，煤礦突水事故中，巖層的富水性與地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育情況屬于其中的兩個(gè)關(guān)鍵誘因。煤礦經(jīng)營生產(chǎn)實(shí)踐中，尤其是高承壓巷道掘進(jìn)時(shí)，一定要先將上面的兩個(gè)問題探明。作為業(yè)界較為可靠的一個(gè)超前探測方法，物探已經(jīng)在礦井超前探測得到普及。然而在煤礦具體應(yīng)用過程中，僅僅通過一種勘探方法很難取得理想的效果，因一種方法存在一定的局限性，無法滿足超前探測要求。在生產(chǎn)實(shí)踐中引入井下綜合物探方法，充分運(yùn)用各種勘探方法，細(xì)致深入的分析探測區(qū)域，把物探異常區(qū)重疊范圍當(dāng)做防治水工作與鉆探驗(yàn)證的關(guān)鍵，可以在很大程度上提高構(gòu)造工作的可靠性與準(zhǔn)確性。

根據(jù)該礦勘探與地震等方面的數(shù)據(jù)，當(dāng)-315米大巷掘進(jìn)到某測量點(diǎn) G1前方130 米的時(shí)候，巷道前部六十米會(huì)穿過F7正斷層（其落差處于25-50米范圍之內(nèi)）。為充分弄清楚這一個(gè)正斷層的巖層富水性與發(fā)育情況，我們主要通過三種物探方法對(duì)其進(jìn)行綜合勘探，以充分確保其準(zhǔn)確性。

一、地質(zhì)和水文狀況簡介

某礦屬于1個(gè)基建礦，礦井下面-315米大巷主要分布于砂礫巖中，其底板下方離二1煤層大概有31米。下方巖層之中含有礫粗砂巖，和下伏地層角度不整合接觸。大巷的具體位置處在煤層風(fēng)化剝蝕區(qū)范圍之中，二疊系相對(duì)偏薄，其厚度平均為

9.0米，基本上屬于泥巖夾煤線。其下方厚度大約為25米，主要由灰?guī)r段、砂泥巖段以及鋁質(zhì)泥巖等組合而成。

該礦整體上屬于單地層，其為東西走向。含煤地層傾向處在165°-195°范圍內(nèi)，傾角處于6°-29°范圍內(nèi)，其西部相對(duì)平緩，而東部相對(duì)較陡，其北部地層存在非常顯著的翹起現(xiàn)象。該范圍中有1條正斷層F7和含煤地層具有非常緊密的關(guān)系，其落差大體上處于19米-50米范圍內(nèi)，其勘探地點(diǎn)離開掘進(jìn)面大致為60米。

其水源基本上來自于二1煤層的巖溶裂隙水。這里面具有很大部分的來自于寒武系白云巖巖溶裂隙含水層，其富水性非常不均勻，水位標(biāo)高 + 295米，上部與巷道底板之間的距離在49米左右，其對(duì)底板產(chǎn)生的水壓大約為6.2M帕斯卡，突水系數(shù)在0.1 MPa / m以上，掘進(jìn)時(shí)候要是經(jīng)過底板富水區(qū)，在這種情況下，則將出現(xiàn)突水事故，能夠?qū)φ麄€(gè)礦井的生產(chǎn)運(yùn)作產(chǎn)生不利影響。

二、常見的超前探測技術(shù)及其應(yīng)用

（一）高分辨直流電法三極超前探測。該種技術(shù)為全空間電法勘探技術(shù)，基本上是用來探明掘進(jìn)面前部巖層電性改變狀況，該種技術(shù)主要是通過全空間電場理論來對(duì)巖層的發(fā)育狀況以及富水特性進(jìn)行探測，并對(duì)其作出相應(yīng)的處理。

電法主要使用YD32（ A） 直流電法儀進(jìn)行超前探測，相對(duì)于一般的直流電法來說，這一個(gè)設(shè)備存在諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，例如其具有相對(duì)較強(qiáng)的抗干擾能力、同時(shí)還能夠探測相對(duì)較大的距離。施工過程中在-315米大巷掘進(jìn)面實(shí)施探測，通過一次性布線就能夠完成，此處總共安置接收和發(fā)射電極分別為三十二個(gè)和三個(gè)，從理論上來說，其能夠探測105米。

（二）瞬變電磁超前探測。該技術(shù)主要是通過發(fā)射回線來發(fā)揮作用，通過它將1次脈沖磁場發(fā)射到地下，在此基礎(chǔ)上，在間歇過程中還會(huì)采集來自于地下導(dǎo)電介質(zhì)的二次渦流場，利用采集到的渦流場，對(duì)其進(jìn)行觀測以及深入分析，最終就能夠得到地下電性結(jié)構(gòu)與地下介質(zhì)的具體狀況。

煤礦井下由于巷道相對(duì)狹窄，正是由于這一個(gè)方面的原因，通常情況下，瞬變電磁勘探往往通過多匝小線圈，主要是通過同心偶極裝置來完成發(fā)射與接收等工作。探測過程中與目標(biāo)之間的距離非常近，所以瞬變電磁的盲區(qū)一定要盡量的小，故往往通過同心偶極的技術(shù)來進(jìn)行。超前探測裝置非常特別，同時(shí)具有偶極與同點(diǎn)裝置兩者的優(yōu)勢，然而還與兩者存在一定的差異。運(yùn)行過程中，接收線圈與其前方煤壁緊貼，發(fā)射線圈則放在離接收線圈9米的位置，它們兩者處于兩個(gè)平行的平面之中，同時(shí) Tx 和Rx 軸線都指向目標(biāo)，兩者相互平行。

在這里，主要通過PROTEM 瞬變電磁系統(tǒng)進(jìn)行探測，其具有諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，例如其具有相對(duì)較小的體積效應(yīng)，具有相對(duì)較高的分辨率與方向性，除此之外，其對(duì)低阻區(qū)敏感。礦井施工的時(shí)候，按照探測目的，主要通過移動(dòng)式發(fā)射線圈（128 匝）進(jìn)行， 發(fā)射電流為1. 0A，頻率25 Hz，主要是利用改變線圈和巷道底板的夾角，利用這種方式來對(duì)線圈法線的指向進(jìn)行調(diào)整。

（三）炮法地質(zhì)超前探測儀。這一個(gè)設(shè)備主要是以反射地震技術(shù)來進(jìn)行檢測。通過引爆小藥量炸藥這個(gè)方式，在指定的震源點(diǎn)形成地震波，然后通過球面波形式在煤巖里面?zhèn)鞑?，?dāng)其與巖石物性界面相遇的時(shí)候，就會(huì)反射回其中的部分地震信號(hào)，還有部分折射到前方介質(zhì)之中，高靈敏度的地震檢波器將會(huì)接收到前者，然后對(duì)其進(jìn)行解釋，利用這種方式最終得到掘進(jìn)前部區(qū)域的地質(zhì)狀況。

在這里主要通過DTC-150 型探測儀進(jìn)行探測，這一個(gè)設(shè)備存在諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，例如礦井電纜、金屬體不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，能夠探測非常遠(yuǎn)的距離，能夠采集到非常多的數(shù)據(jù)，非常容易進(jìn)行解釋等。施工過程中，其激發(fā)震源來自于小藥量炸藥爆炸，與-315米大巷右側(cè)幫分別設(shè)置接收孔與炮空布置一個(gè)與二十四個(gè)。炮孔深度與間距及其離底板距離都是1.5 米；接收孔的深度及其和炮孔的距離分別為2米和16米。

三、探測結(jié)果

（一）電法超前探測結(jié)果分析。利用該種技術(shù)進(jìn)行探測，掘進(jìn)前方勘探區(qū)域內(nèi)巖層視電阻率值處于29 -124Ω·m區(qū)間之中。在這里，掘進(jìn)面上方20米區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)偏小數(shù)值，同時(shí)勘探現(xiàn)場視電阻率值在50以下，這是由于巷道前方炮孔含水干擾造成的；另一方面，在前方20至90米區(qū)間之中，具有相對(duì)偏高的視電阻率值，這一個(gè)區(qū)間不存在低阻異常區(qū)，前方巖具有導(dǎo)含水構(gòu)造與富水區(qū)域的概率相對(duì)偏低。

（二）瞬變電磁超前探測結(jié)果分析。在三個(gè)角度的探測中，掘進(jìn)面前方 80米區(qū)間中視電阻率都未中高阻，整個(gè)區(qū)域中不存在非常顯著的突變區(qū)。前方巖層富水性相對(duì)較差，其裂隙不發(fā)育，沒有非常顯著的導(dǎo)含水?dāng)鄬踊蚋凰畢^(qū)域。

（三）炮法地質(zhì)超前探測結(jié)果分析。通過該種技術(shù)進(jìn)行探

測，整個(gè)區(qū)域中出現(xiàn)四個(gè)相對(duì)突出的地質(zhì)異常體反射界面，在這里，界面1 是由于前部巖層破碎干擾造成的；界面2 與3 是由于掘進(jìn)前部十米到二十米區(qū)間巖性變化或巖層裂隙發(fā)育顯著造成的；但是前部二十米到一百一十米區(qū)間中，只有一個(gè)偏弱的界面 4，該區(qū)間巖層具有較好的完整性，探測范圍中具有F7斷層的概率相對(duì)偏低。

四、綜合分析

綜合上述三種技術(shù)取得的成果，掘進(jìn)前部一百米區(qū)間中不存在突出的低阻和構(gòu)造異常區(qū)域，該區(qū)間具有相對(duì)偏弱富水性，局部或許具有裂隙發(fā)育地帶，而該區(qū)間具有導(dǎo)含水?dāng)鄬优c強(qiáng)富水區(qū)域的概率相對(duì)偏低。按照煤礦在掘進(jìn)面安置鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證可以得知，前部13-16米區(qū)間中巖層裂隙較為發(fā)育，鉆孔之中涌出少許的水。當(dāng)-315米大巷掘進(jìn)至綜合物探區(qū)間的時(shí)候，按照實(shí)際的掘進(jìn)狀況，在13至16米以及55至57米區(qū)間裂隙出現(xiàn)或多或少的發(fā)育，頂板出現(xiàn)少許淋水問題，但是整個(gè)勘探區(qū)間中的別的區(qū)段的巖石具有相對(duì)較好的完整性，頂?shù)装鍥]有出現(xiàn)涌水與滴淋等問題。

結(jié)論：綜上所述，通過綜合運(yùn)用文中的三種探測技術(shù)，能夠得到巷道掘進(jìn)前部相對(duì)準(zhǔn)確的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，通過進(jìn)一步的實(shí)際驗(yàn)證，更加說明了綜合技術(shù)相對(duì)準(zhǔn)確，這一個(gè)方法為超前探測高承壓掘進(jìn)巷道巖層地質(zhì)異常與富水性奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。