井下綜合物探技術(shù)在防治水中的應(yīng)用

武 威

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 地質(zhì)處，山西 太原 030053）

礦井水災(zāi)隱患是煤礦生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的礦井致災(zāi)隱患中最主要的一種。隨著西山礦區(qū)各礦井開采深度的加大，開采條件越來越復(fù)雜，水害隱患成為制約礦井安全生產(chǎn)的一個重要因素。而礦井物探技術(shù)作為一種礦井突水預(yù)測和超前探測的方法也被提出更高的要求。單純的一種礦井物探方法在突水預(yù)測、超前探測技術(shù)上存在一定的局限性，近年來，隨著物探技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，利用綜合物探技術(shù)即運(yùn)用多種物探手段來進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)，正在成為一種行之有效的方法，主要被應(yīng)用于富水性探測、采空區(qū)積水探測等方面。本文通過對古交運(yùn)煤通道井下綜合物探，找到了運(yùn)煤通道底板下沉原因，通過打鉆驗(yàn)證，說明了井下綜合物探技術(shù)是一種有效的探測方法。

1 井下綜合物探技術(shù)

礦井突水是由采動引起的一種復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象，是煤層下伏承壓水或相鄰采空區(qū)的老窯水在煤層采空影響下沖破底板隔水層、防水煤柱，以突發(fā)、緩發(fā)或滯發(fā)的形式進(jìn)入到巷道和回采工作面，會造成回采工作面甚至礦井被水淹沒的災(zāi)害。

針對有水害隱患的區(qū)域，必須利用物探技術(shù)進(jìn)行富水性探測。而只利用一種物探方法進(jìn)行探測時，會存在一定的局限性，例如瞬變電磁法在確定低阻異常區(qū)上有著非常強(qiáng)的優(yōu)勢，但是在距離的準(zhǔn)確定位上存在不足，瑞利波法能夠準(zhǔn)確找到分界面，恰好能夠彌補(bǔ)瞬變電磁距離上的不足。目前，應(yīng)用于礦井突水預(yù)測的地球物理技術(shù)主要有礦井瞬變電磁法、井下高密度探測、井下瑞利波探測、音頻電透視法和無線電磁波透視法、礦井直流電阻率成像技術(shù)等。本文主要介紹應(yīng)用礦井瞬變電磁法和井下瑞利波探測進(jìn)行預(yù)測、預(yù)報(bào)。

1.1 瞬變電磁法

礦井瞬變電磁法是一種非接觸式探測方法，它利用不接地回線裝置向探測空間的煤巖體中發(fā)射一次場電磁波，通過測量煤巖體中電性不均勻體所感應(yīng)產(chǎn)生的二次場隨時間的變化，從而達(dá)到探查各種低阻地質(zhì)目標(biāo)體的目的。該方法主要應(yīng)用于巷道掘進(jìn)前方超前預(yù)測預(yù)報(bào)、探測回采工作面內(nèi)已知斷層、陷落柱含（導(dǎo)）水性和采空積水區(qū)范圍的探測等。

1.2 瑞利波法

瑞利波探測法是通過人工激發(fā)地震波，再利用檢波器采集所發(fā)射波攜帶的地質(zhì)信息來分析判斷。瑞利波探測技術(shù)是利用不同振動頻率的瑞利波在傳播方向上的衰減差異，探測地質(zhì)異常體和地質(zhì)構(gòu)造，是地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)的一種重要物探手段。它能夠準(zhǔn)確地判定異常界面，對準(zhǔn)確劃定異常范圍有很大的幫助。目前該方法的探測深度可在3～80m.

2 應(yīng)用實(shí)例

古交地下運(yùn)煤通道東起東曲礦工業(yè)廣場，西至屯蘭礦工業(yè)廣場，整體由兩端斜井和中間水平皮帶運(yùn)輸大巷組成，走向?yàn)榻鼥|西向，總長約7918m，東曲斜井落平標(biāo)高896m.

西山煤電集團(tuán)公司古交電廠燃料運(yùn)輸通道工程東曲段掘進(jìn)里程到達(dá)700m時，后方巷道（東曲445 m標(biāo)段）底板出現(xiàn)局部下沉現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了工程的正常施工，并且存在重大水突隱患，必須及時采取防治措施。

為了查明運(yùn)煤通道東曲段445m標(biāo)段巷道底板的結(jié)構(gòu)，以及巷道底板的沉陷原因，對運(yùn)煤通道東曲段445m標(biāo)段進(jìn)行綜合物探施工。施工選用的物探方法為瞬變電磁法和瑞利波法兩種物探方法。

2.1 儀器參數(shù)及施工方法

1）瞬變電磁法。

此次數(shù)據(jù)采集選用的儀器為YCS40本安型瞬變電磁儀，工作裝置采用重疊回線裝置。儀器施工參數(shù)如下：

發(fā)射電壓：7V 發(fā)射線框的邊長：2.0m

發(fā)射頻率：8.3Hz 匝數(shù)：9

疊加次數(shù)：32 接收回線邊長：2.0m

測道數(shù)：40 匝數(shù)：18

2）瑞利波法。

根據(jù)現(xiàn)場施工條件和場地范圍，確定了本次瑞利波探的測道間距△x選取1m，探測模式采用深層模式（見圖1）.此次探測選取4個點(diǎn)進(jìn)行瑞利波探測，分別為452m 標(biāo)段、448.5m標(biāo)段、445m 標(biāo)段和441.5m標(biāo)段。

圖1 瑞利波探測布置示意圖

2.2 資料處理解釋

1）瞬變電磁法資料解釋。

資料處理后得到了運(yùn)煤通道，340～450m標(biāo)段的視電阻率斷面圖見圖2，最大探測深度約為100m，圖2中視電阻率值＜5MΩ為視電阻率值低的強(qiáng)富水區(qū)。通過對圖2分析得出：運(yùn)煤通道東曲段445m處有一區(qū)域與周圍圍巖存在明顯差異，可能為一結(jié)構(gòu)疏松的賦水錐體。

圖2 此次瞬變電磁探測視電阻率擬斷面圖

2）瑞利波法資料解釋。

瑞利波探測共布設(shè)4個點(diǎn)，第一個點(diǎn)位于452m標(biāo)段，第二個點(diǎn)位于448.5m標(biāo)段，第三個點(diǎn)位于塌陷區(qū)正上方445m 標(biāo)段，第四個點(diǎn)位于441.5m標(biāo)段。

瑞利波探測點(diǎn)成果圖見圖3，從圖3可以看出，1號測點(diǎn)的分層曲線一致性較好，2號測點(diǎn)的分層曲線一致性較差，3號測點(diǎn)和4號測點(diǎn)幾乎看不到分層曲線，可能為裂隙帶。

圖3 瑞利波探測點(diǎn)成果圖

通過上述兩種方法綜合分析得出：運(yùn)煤通道東曲段445m標(biāo)段，8～60m深度范圍內(nèi)有一處物探異常，可能為一結(jié)構(gòu)疏松，與周圍圍巖存在明顯差異的賦水錐體，經(jīng)過礦方打鉆驗(yàn)證，巷道底板下方為一富水區(qū)域。

3 結(jié) 論

不同的地球物理探測技術(shù)都有其一定的局限性，通過多種物探技術(shù)對同一工作面進(jìn)行探測能夠揚(yáng)長避短，更能夠準(zhǔn)確解釋各種異常體，找到異常體位置，為礦井安全生產(chǎn)提供幫助。集多種物探技術(shù)與一體的綜合物探技術(shù)正在成為一種井下物探新方法，廣泛應(yīng)用于礦井井下物探。