掘進(jìn)巷道前方灰?guī)r賦水性超前探測(cè)

【摘要】為了查明掘進(jìn)巷道前方頂板灰?guī)r賦水性，防止頂板涌水量過(guò)大影響巷道正常掘進(jìn)，本文對(duì)地質(zhì)概況、電性特征及探查技術(shù)進(jìn)行了研究，根據(jù)頂板灰?guī)r厚度，設(shè)計(jì)探測(cè)角度30°。通過(guò)對(duì)比探放水資料及實(shí)際揭露情況，證明礦井瞬變電磁法在探測(cè)巷道前方頂板巖性賦水性方面效果顯著。

【關(guān)鍵詞】灰?guī)r；賦水性；超前探測(cè)

引言

煤層開(kāi)采過(guò)程中，常會(huì)遇到一些較大的裂隙發(fā)育區(qū)、斷層破碎帶、巖溶陷落柱及其伴生構(gòu)造等，它們不僅破壞了煤（巖）層的連續(xù)性，還會(huì)導(dǎo)通賦水層或老空區(qū)水，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致透水事故，因此，提前采用物探手段預(yù)測(cè)掘進(jìn)巷道前方煤（巖）層賦水性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前井下超前賦水性探測(cè)常用三點(diǎn)-三極直流超前探測(cè)和礦井瞬變電磁法超前探測(cè)，由于直流電法要求巷道不能起伏較大且長(zhǎng)度不小于150m，具有一定局限性；礦井瞬變電磁法在巷道掘進(jìn)工作面附近施工，不要求巷道長(zhǎng)度及起伏情況，且數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)便、快捷，對(duì)低阻反應(yīng)比較靈敏，縱橫向分辨率較高，目前該方法正在逐步替代直流電法成為巷道超前賦水性探測(cè)的重要方法。

1、地質(zhì)概況

某礦906工作面設(shè)計(jì)巷道為下山掘進(jìn)，頂板為太原組灰?guī)r，底板為砂巖。頂板太原組灰?guī)r裂隙較發(fā)育，賦水性較強(qiáng)，且巷道掘進(jìn)前方無(wú)其他采掘活動(dòng)，即頂板太灰水未得到疏放，故推測(cè)頂板涌水量較大，會(huì)給排水工作帶來(lái)較大壓力，進(jìn)而影響巷道正常掘進(jìn)，因此采用礦井瞬變電磁法于巷道掘進(jìn)工作面進(jìn)行超前探測(cè)并針對(duì)性的布置探放水鉆孔，可以提前對(duì)頂板太灰水進(jìn)行疏放。

2、地質(zhì)-地球物理特征

本次探測(cè)涉及的主要層位為頂板灰?guī)r、順層煤層及底板砂巖。干燥情況下，灰?guī)r電阻率較高，砂巖次之，本次探測(cè)煤層為焦煤，變質(zhì)程度高，電阻率較低，因此會(huì)呈現(xiàn)頂板電阻率高、順層煤層電阻率低、底板砂巖電阻率較高的情況。由于頂板灰?guī)r裂隙較發(fā)育，且賦水性較強(qiáng)，其電阻率值會(huì)大大降低，從而改變?cè)瓉?lái)的電性分布特征。這種變化規(guī)律的存在，為以巖石導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)的礦井瞬變電磁法探測(cè)提供了良好的地質(zhì)條件[1]。

3、探查技術(shù)

3.1 理論依據(jù)

礦井瞬變電磁法是通過(guò)井下巷道中設(shè)置不接地回線，通過(guò)向巷道兩側(cè)發(fā)射一次脈沖電磁場(chǎng)，并在一次脈沖電磁場(chǎng)的發(fā)射間歇期間，利用不接地回線觀測(cè)二次渦流場(chǎng)，再測(cè)量這種由巷道兩側(cè)一次渦流場(chǎng)范圍內(nèi)所有圍巖介質(zhì)所產(chǎn)生的二次感應(yīng)電磁場(chǎng)隨時(shí)間而發(fā)生變化的衰減特征，從測(cè)量到的異常結(jié)果分析出不均勻體的位置和導(dǎo)電性，從而達(dá)到解決地質(zhì)問(wèn)題的目的一種方法[2]。

3.2 裝置

礦井瞬變電磁法工作裝置主要有重疊回線裝置和偶極裝置兩種。重疊回線裝置優(yōu)點(diǎn)是異常響應(yīng)幅值大、耦合好、施工方便，缺點(diǎn)是線圈互感、自感效應(yīng)強(qiáng)，一次場(chǎng)影響嚴(yán)重，探測(cè)盲區(qū)較大；偶極裝置優(yōu)點(diǎn)是收發(fā)線圈互感影響小，一次場(chǎng)影響小，缺點(diǎn)是二次場(chǎng)信號(hào)較弱，探測(cè)效果較差。本次探測(cè)采用澳大利亞產(chǎn)TerraTEM型瞬變電磁儀，該儀器為收發(fā)一體機(jī)，采用邊長(zhǎng)為2m的方形重疊回線裝置，發(fā)射線圈40匝，接收線圈50匝，采樣時(shí)長(zhǎng)100ms，探測(cè)距離125m左右。

3.3 測(cè)點(diǎn)布置

巷道中采集數(shù)據(jù)時(shí)，測(cè)點(diǎn)需根據(jù)巷道尺寸設(shè)計(jì)，本次探測(cè)巷道斷面為4m×2.5m，故布置如下9個(gè)測(cè)點(diǎn)。巷道掘進(jìn)工作面前方存在隱伏賦水層位時(shí)，會(huì)破壞巖層的整體性從而使巖層電性產(chǎn)生明顯差異，通過(guò)分析掘進(jìn)工作面前方及左右側(cè)幫的視電阻率變化規(guī)律，即可推斷出含水構(gòu)造位置及其范圍[3]。

3.4 探測(cè)角度

為了使煤層頂板灰?guī)r在礦井瞬變電磁一次場(chǎng)椎體輻射范圍內(nèi)，探測(cè)角度需根據(jù)頂板灰?guī)r厚度及探測(cè)距離決定。根據(jù)水文地質(zhì)資料及地質(zhì)鉆孔分析，灰?guī)r厚度約為30m，探測(cè)距離為125m，因此設(shè)計(jì)探測(cè)角度30°即可滿足本次探測(cè)要求[4]。

4、應(yīng)用實(shí)例

圖2為采用圖1測(cè)點(diǎn)于巷道掘進(jìn)工作面探測(cè)形成的視電阻率等值線圖，橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)，單位為m，縱坐標(biāo)為沿30°探測(cè)方向的探測(cè)距離，單位為m。分析該圖發(fā)現(xiàn)，橫坐標(biāo)0-15m、30-45m，縱坐標(biāo)66-126m、70-116m位置（圖中圈出）視電阻率值小于2Ω.m，為相對(duì)低阻反應(yīng)，推測(cè)為低阻異常賦水區(qū)，建議針對(duì)低阻位置布置探放水鉆孔。礦方以此為依據(jù)對(duì)兩個(gè)低阻異常區(qū)布置了兩個(gè)探放水鉆孔，共放水約2400m3。

5、結(jié)論

1）通過(guò)分析巖石的電性特征，為礦井瞬變電磁法在掘進(jìn)巷道超前賦水性探測(cè)提供了理論依據(jù)。2）根據(jù)水文地質(zhì)資料及地質(zhì)鉆孔，結(jié)合本次探測(cè)距離，設(shè)計(jì)探測(cè)角度30°，可以滿足探測(cè)需求。3）通過(guò)分析應(yīng)用實(shí)例，結(jié)合探放水鉆孔驗(yàn)證資料，表明礦井瞬變電磁法在探測(cè)掘進(jìn)巷道前方煤（巖）層賦水性方面效果顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]于景邨.礦井瞬變電磁法勘探[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[2]姜志海.巷道掘進(jìn)工作面瞬變電磁超前探測(cè)機(jī)理與技術(shù)研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)博士論文，2008：59-71.

[3]劉振慶，于景邨，胡兵等.礦井瞬變電磁法在探查迎頭前方構(gòu)造中的應(yīng)用[J].物探與化探，2011，35（1）：140-142.

[4]于景邨，劉振慶，廖俊杰.全空間瞬變電磁法在煤礦防治水中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39（9）：110-113.

作者簡(jiǎn)介

伏慶輝（1966年7月-），男，漢族，山東臨沂人，高級(jí)工程師，1990年畢業(yè)于原山東礦業(yè)學(xué)院煤田地質(zhì)與勘探專業(yè)，現(xiàn)任保利能源控股有限公司山西分公司安全監(jiān)察部部長(zhǎng)，主要從事煤礦地測(cè)防治水安全管理工作.