物探技術(shù)在悅昌煤礦防治水中的應(yīng)用研究

韓曉麗，段計(jì)偉

（大同煤礦集團(tuán)永定莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037024）

1 概述

山西霍州煤電洪洞悅昌煤業(yè)為多個(gè)小型煤礦組合而成的資源整合礦井，在水害治理問題上存在地質(zhì)資料不詳細(xì)、采空巷道無規(guī)律、老空積水量不詳?shù)戎T多問題，這些問題的存在是直接威脅礦井技改工程施工安全的重要因素之一。因此，準(zhǔn)確預(yù)測預(yù)報(bào)回采工作面富水的異常區(qū)域，對(duì)于礦井及時(shí)制定有效的各項(xiàng)防治水措施顯得極其重要。井下存在地質(zhì)構(gòu)造破壞帶、異常地質(zhì)體時(shí)，其巖、煤層密度、磁性、電阻率、彈性波傳導(dǎo)速度、放射性及熱導(dǎo)率等物理場變化與正常情況的物理場存在差異，所以，利用現(xiàn)有物探方法采集物理場變化并與正常情況的物理場相比較，找出差異，對(duì)摸清礦井頂?shù)装鍖?dǎo)（含）水情況，排除礦井水害隱患具有的重大應(yīng)用價(jià)值。

2 工作面物探技術(shù)應(yīng)用分析

悅昌煤業(yè)主采10＃和11＃煤層，由于該礦井內(nèi)各煤層均處于奧灰水位之上，不存在奧灰水帶壓開采威脅。經(jīng)礦井充水因素分析：10＃、11＃煤層主要水害為煤層頂板石灰?guī)r、砂巖裂隙水、上覆采空區(qū)積水和同層采空區(qū)積水。根據(jù)礦井生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和對(duì)水害情況的分析，并依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》中的礦井水文地質(zhì)類型劃分原則，確定礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜類型。根據(jù)工作面預(yù)測水文地質(zhì)情況，確定選擇使用瞬變電磁法、探地雷達(dá)、音頻電透視法、直流電法底板測深等物探手段對(duì)10-101綜采工作面水文地質(zhì)情況進(jìn)行綜合探查，以查明工作面及頂?shù)装逡欢ǚ秶鷥?nèi)含水層的富水性及隱伏導(dǎo)水構(gòu)造。

2.1 瞬變電磁探測分析

本次礦井瞬變電磁法勘探采用重疊回線裝置，采用多匝1.5m×1.5m 矩形回線，發(fā)射線框10匝，接收線框24匝。疊加次數(shù)為32次，時(shí)間采用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間序列。該次探測測點(diǎn)布置于10-101、10-102巷、10-101切巷順層及底板方向，工作面后300m，對(duì)外側(cè)也進(jìn)行了探測，瞬變電磁法探測時(shí)，以10 m 的點(diǎn)距布置測點(diǎn)，共布置物理測點(diǎn)403個(gè)。

根據(jù)礦井瞬變電磁場擴(kuò)散特征，探測上、下部垂向深度與水平深度近似相等。根據(jù)TEM 視電阻率擬斷面圖，綜合地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，分析判別沿橫向和探測正前方電性變化情況。圖1為10-101巷450～730m 工作面外部下10°（L2線）視電阻率等值線，分析可知：在沿10-101巷450～730m 工作面外部下10°探測時(shí)，相對(duì)ρs視電阻率值總體變化較大，發(fā)現(xiàn)一處明顯的低阻異常區(qū)，編號(hào)為3＃異常區(qū)。3＃異常區(qū)位于630～740m，工作面外10°下40～105m 范圍內(nèi)，結(jié)合工作面地質(zhì)條件推斷3＃異常區(qū)可能受外部小窯采空區(qū)影響。

圖1 10-101巷450～730m 工作面外部下10°（L2線）視電阻率等值線

2.2 探地雷達(dá)探測分析

為探測10-101工作面底板下2＃煤層采空區(qū)，自10-101巷56號(hào)測點(diǎn)到測距切巷口20m 的155m 的長度范圍內(nèi)布置154個(gè)測點(diǎn)，探測結(jié)果見圖2。結(jié)果表明：探測底板范圍內(nèi)，沒有大的明顯的強(qiáng)反射回波，但是反射回波不均勻。從整個(gè)成果圖上來看，分別在25～35m、50～60m、90～100m、130～154m 附近位置出現(xiàn)反射回波變化情況，波形的變化是由于底板下2＃煤層采空區(qū)積水影響產(chǎn)生的。

圖2 探地雷達(dá)探測效果

2.3 音頻電透視分析

通過音頻電透視技術(shù)對(duì)10-101 工作面1 號(hào)煤層底板下0～70m 界面進(jìn)行探測，得出10＃煤底板下方0～70 m 深度范圍內(nèi)電導(dǎo)率值橫向分布情況（見圖3）。巖層的電導(dǎo)率值在0.5～11S間變化，平均值為4.75S，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.83S，依據(jù)劃分異常的標(biāo)準(zhǔn)，即大于2.3S的區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)低阻（高電導(dǎo)）異常區(qū)，其中1個(gè)視電導(dǎo)率值≥2.4S的異常條帶，統(tǒng)一編號(hào)為“1＃異常區(qū)”，異常區(qū)以黃顏色表示，顏色越深，異常幅度越強(qiáng)，由圖3可知：1＃異常區(qū)位于距離切巷50m 范圍工作面內(nèi)部，異常的范圍較大，幅值較強(qiáng)，推斷該異常區(qū)受下部2＃煤采空區(qū)影響。

圖3 1-1011工作面底板下0～70m 界面附近成果

2.4 物探結(jié)果分析

本次物探工作共采取了瞬變電磁法、探地雷達(dá)、音頻電透視三種勘探方法重點(diǎn)對(duì)10-101工作面后部隱伏構(gòu)造及小窯采空破壞區(qū)進(jìn)行探查。每一種物探方法都圈出異常區(qū)，反映出工作面的隱伏構(gòu)造及采空區(qū)破壞范圍，對(duì)各個(gè)物探方法進(jìn)行綜合分析，形成工作面綜合物探結(jié)論如下：

（1）通過對(duì)各種探測成果進(jìn)行綜合對(duì)比分析，悅昌煤礦10-101工作面主要異常集中在切眼向外150m 區(qū)段。

（2）10-101順槽切眼段向外50m 區(qū)段往工作面向里80m 區(qū)段是本工作面最危險(xiǎn)的區(qū)段之一。此區(qū)域在多種物探方法上均有反應(yīng)，異常在本工作面的探測中較為強(qiáng)烈，由于本區(qū)域靠近小窯采空區(qū)域，因此危險(xiǎn)性較大。

（3）在10-101順槽切眼段向外150m 區(qū)段，本次綜合探測均有異常情況出現(xiàn)。通過物探，該區(qū)域?yàn)榇渭?jí)異常區(qū)段。

3 工作面鉆探結(jié)果分析

根據(jù)101巷北側(cè)物探成果中異常區(qū)位置關(guān)系，對(duì)10-101切巷北側(cè)煤體進(jìn)行鉆探，共施工鉆孔90個(gè)，鉆探進(jìn)尺9013.8m。共計(jì)探測出10＃煤采空體1個(gè)，11＃采空體13個(gè)，根據(jù)物探、鉆探資料分析：在101探巷北側(cè)的第一區(qū)域東部及第二區(qū)域分布有原小煤窯的巷道；對(duì)10-101工作面外圍及內(nèi)側(cè)的3處異常區(qū)進(jìn)行了鉆探，本次鉆探共施工了9 個(gè)鉆孔，其中工作面外圍施工4 個(gè)鉆孔，累計(jì)進(jìn)尺270.4m，內(nèi)側(cè)施工5個(gè)鉆孔，累計(jì)進(jìn)尺518.2m，所有鉆孔均無出水；根據(jù)101工作面頂板瞬變電磁物探報(bào)告，對(duì)101工作面頂板3個(gè)異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，共施工8個(gè)鉆孔，鉆探進(jìn)尺940m，均無出水（見圖4）。

圖4 10-105工作面頂板異常區(qū)鉆探布置

通過本次對(duì)10-101 工作面頂板、外圍、內(nèi)側(cè)的底板及10-101切巷北側(cè)110m 范圍內(nèi)進(jìn)行了鉆探，累計(jì)施工鉆孔117個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺19097.6m，根據(jù)鉆孔揭露，3＃煤距101工作面的平均垂距為87.06，不導(dǎo)水，地質(zhì)及水文地質(zhì)情況基本清楚，頂板煤巖層基本穩(wěn)定，無大的含水構(gòu)造，可安全進(jìn)行工作面回采。

4 結(jié)語

1）在煤礦地質(zhì)災(zāi)害防治中使用綜合地球物理勘探方法探查水文異常區(qū)，并對(duì)物探異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，可以有效查明工作面地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，以采取有效地防治水手段，指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)。

2）根據(jù)101工作面綜合物探結(jié)果報(bào)告，對(duì)101工作面頂板3個(gè)異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，共施工8個(gè)鉆孔，鉆探進(jìn)尺940m，均無出水，10-101工作面可安全進(jìn)行工作面回采。