綜合物探技術在井下掘進頭超前地質(zhì)預報中的應用

（中煤科工集團重慶研究院 有限公司 重慶400039）

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礦井掘進過程中常常面臨不同地質(zhì)隱患，不同的物探方法能解決不同的地質(zhì)問題。趙固二礦11091工作面在掘進過程中需面臨斷層、富水區(qū)等多種地質(zhì)隱患，因此為提高超前地質(zhì)預報的精度，本文將地震波法、直流電法和瞬變電磁法綜合運用，將成果聯(lián)合參照解釋。探測結(jié)果表明，綜合物探技術能有效提高探測精度。

綜合物探超前地質(zhì)預報地震波法直流電法瞬變電磁

1 引言

趙固二礦11091工作面西鄰I盤區(qū)上段輔助運輸大巷，北側(cè)及東測為F30斷層，南鄰F30-1斷層，為I盤區(qū)上段首采面。11091工作面煤層為二1煤層，二1煤層平均厚6.5m，厚度變化小，結(jié)構比較簡單，煤質(zhì)變化很小，煤類單一，層位穩(wěn)定。煤層頂板為砂質(zhì)泥巖，巖石屬中等～較堅硬巖類，完整性、穩(wěn)定性較好。二1煤層底板以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，到L9灰?guī)r頂面之間的巖層組合厚度較薄，平均厚度11.67m，底板巖層完整性較好。

預計11091工作面下順槽掘進至通尺154m時，將會揭露DF33斷層。受焦作煤業(yè)（集團）新鄉(xiāng)能源有限公司委托，中煤科工集團重慶研究院有限公司對趙固二礦11091工作面下順槽通尺80m處掘進頭實施了超前探測工作。探測目的是查明掘進頭前方100m范圍內(nèi)的地質(zhì)構造及巖層賦水情況。

2 方法原理

地震波超前探測技術屬于反射地震波勘探范疇，利用小藥量在指定的震源點（通常在巷道的左幫或右?guī)?，一?4個炮點布成一條直線）激發(fā)產(chǎn)生地震波，地震波在巖石中傳播遇到物性界面(即波阻抗差異界面，例如斷層、巖石破碎帶和巖性界面等)時一部分信號反射回來、一部分信號折射進入前方介質(zhì)，反射回來的地震信號被高靈敏度的地震檢波器接收供分析解釋。反射波的傳播時間、強弱、相位等信息與反射界面的位置、性質(zhì)密切相關，通過分析反射波的各種特征即可判斷掘進頭前方的斷層、破碎帶和巖性界面等的分布狀況。

在導電率為σ、導磁率為μ的均勻各向同性大地表面，敷設面積為S的矩形發(fā)射回線，在回線中供以階躍脈沖電流，電流突然斷開后，由該電流產(chǎn)生的磁場也立即消失。由于電磁感應，將在大地中激發(fā)出感應電磁場，該電磁場隨時間衰減，稱為瞬變電磁場。

瞬變電磁場衰減的快慢與地下介質(zhì)的電性有關。通過觀測瞬變電磁場的大小就可以了解地下介質(zhì)的電阻率分布情況，進而判斷地層巖性、賦水性和構造等特征。

直流電三點源三極超前探測方法是目前煤礦井下最常用的一種超前探測方法，它具有簡單方便、施工安全、測距較大、適應性強、對水敏感等優(yōu)點。其電極布置為：一個電極在無窮遠，另3個供電電極Ai（i=1、2、3）分別供電。以Ai點為中心形成電場，向四周均勻放射電流。距Ai等距離點組成一個球形等勢面，等勢面的變化代表整個球殼中電性異常的綜合反映，這就是直流電超前探測的基本理論。

3 資料解釋

從地震波超前探測成果圖（圖1）可以看出，在掘進頭前方60--66m段存在一個地質(zhì)異常區(qū)，推斷為巖層相對破碎區(qū)或斷裂破碎帶（斷層）。在掘進頭前方103--109m段存在一個地質(zhì)異常區(qū)，推斷為巖層相對破碎、節(jié)理裂隙相對發(fā)育區(qū)，不排除是小斷裂破碎帶。

圖1 地震波超前探測成果圖

圖2 瞬變電磁法勘探成果圖

圖2為瞬變電磁勘測成果圖，橫向切片顯示，掘進頭正前方均為相對高阻區(qū)，巖層賦水性較弱。縱向切片顯示，掘進頭正前方均為相對高阻區(qū)，巖層賦水性較弱。掘進頭正前方30--45m的底板下方10—30m區(qū)域（粗紅色線所圈區(qū)域）為相對低阻異常區(qū)，推測該區(qū)域巖層相對破碎或者富水。其它相對高阻區(qū)域巖層賦水性較弱。

圖3為直流電法勘探結(jié)果。可以看出，探測范圍內(nèi)，相對低阻異常區(qū)位于掘進頭正前方43.3m--44.7m段和71.6m--76.5m段。43.3m--44.7m段范圍很小，可能系巖層相對破碎、裂隙發(fā)育引起。71.6m--76.5m段低阻區(qū)范圍較小、視電阻率相對稍低，可能系巖層相對破碎、裂隙發(fā)育或少量富水引起。其它相對高阻區(qū)域巖層賦水性較弱。

圖3 直流電法勘探成果圖

4 結(jié)論

此次探測通過三種技術手段，經(jīng)綜合對比分析，共發(fā)現(xiàn)三處異常。經(jīng)開挖驗證，基本吻合。證明在井下超前地質(zhì)預報中，將這三種方法綜合使用，能有效提高解釋精度，為保障生產(chǎn)掘進安全起到關鍵作用。

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綜合物探技術在井下掘進頭超前地質(zhì)預報中的應用

■錢建兵

P624[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-155-1

錢建兵（1989～），男，助理工程師，研究方向為瞬變電磁理論與應用研究。