礦井綜合物探技術(shù)在采煤工作面的研究與應(yīng)用

陳晉強(qiáng)

（晉城煤業(yè)集團(tuán)成莊礦地測科，山西 晉城 048021）

采用井上電法，井下瞬變電磁法、無線電波透視法、槽波地震勘探和鉆孔窺視法等多種物探手段，進(jìn)行了采面的井上下聯(lián)合精細(xì)化探測，圈定了富水異常區(qū)和地質(zhì)構(gòu)造，分析出了區(qū)域井上電法的最佳試驗參數(shù)，摸索出了井下電法和震法對積水異常區(qū)和地質(zhì)構(gòu)造區(qū)的視電阻率特征及地震波場特性，并最終實現(xiàn)采面井上下物探的“閉合性”，形成了一套保證安全回采的工作面物探方法和措施。

1 礦井概況

本次研究主要依托晉煤集團(tuán)成莊礦153305工作面，該采面主采15#煤，煤厚平均1.8m，走向長度約700m，傾斜長度180m，另外，采面上覆煤層已部分開采，且存在小煤窯亂采亂挖現(xiàn)象，積水區(qū)域不明，另外，受白馬寺大斷層影響，構(gòu)造條件復(fù)雜，一條順槽已掘完，靠近斷層的另一條順槽由于生產(chǎn)銜接調(diào)整和掘進(jìn)安全問題，掘進(jìn)到設(shè)計長度的1/3后密閉，剩余部分待布置，回采時危險因素眾多。

圖1 153305工作面采掘工程平面圖

2 主要物探手段及技術(shù)路線

回采工作面井上下聯(lián)合精細(xì)化物探，首先需在探測前期對153305工作面的相關(guān)地質(zhì)資料及水文地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析，有針對性地選擇相關(guān)物探手段，如在地面利用瞬變電磁法進(jìn)行半空間的區(qū)域富水性探測，在井下利用瞬變電磁法進(jìn)行全空間的采面富水性探測，綜合判定富水異常；再結(jié)合井下無線電波透視進(jìn)行構(gòu)造區(qū)域的電法探測和井下槽波地震勘探進(jìn)行構(gòu)造區(qū)域的震法探測，綜合判定構(gòu)造異常；然后針對富水異常和構(gòu)造異常進(jìn)行直觀的鉆孔窺視法驗證；最終，根據(jù)異常區(qū)域指導(dǎo)礦方進(jìn)行工作面布置，并制定相關(guān)的防治措施，保證工作面的安全高產(chǎn)、高效回采。

圖2 主要物探手段及技術(shù)路線圖

3 精細(xì)化勘探成果

3.1 富水異常區(qū)圈定

井上應(yīng)用PROTEM 47瞬變電磁儀進(jìn)行探測，試驗得出了最佳的發(fā)射線框邊距、發(fā)射電流、頻率、增益大小、積分時間等參數(shù)，分別為120m×120m、20A、25Hz、1和15s，并利用以上參數(shù)，準(zhǔn)確圈定出了3#、9#和15#煤不同層位的積水異常區(qū)范圍，完成了富水異常區(qū)的半空間探測。

圖3 井上下瞬變電磁法探測結(jié)果

井下應(yīng)用YCS111瞬變電磁儀進(jìn)行探測，受限于巷道的掘進(jìn)長度，僅在雙側(cè)均已成形的1/3順槽施工，通過與井上瞬變電磁法探測成果的對比與分析，確定出了回采工作面內(nèi)部及頂部采空積水區(qū)和基巖富水區(qū)的范圍，并研究得到該區(qū)域視電阻率小于15Ω時普遍富水。

最終，圈定工作面內(nèi)部區(qū)域?qū)?yīng)的3#煤和9#煤的富水異常區(qū)范圍分別為32600m2和71840m2，采面同層富水性較弱。

3.2 構(gòu)造異常區(qū)圈定

井下采用Summit Ⅱ Ex槽波地震儀進(jìn)行反射法勘探，采用檢波器間距20m，炮點間距20m，炮檢距為10m的觀測系統(tǒng)布置，共探測出三個異常帶：第一個異常帶：水平方向距離切眼550～675m，垂直方向距離1533052巷10～30m，分析為空巷影響；第二個異常帶：水平方向距離切眼250～500m，垂直方向距離1533052巷70～115m，分析為破碎帶或斷層構(gòu)造；第三個異常帶：水平方向距離切眼10～140m，垂直方向距離1533052巷70～115m，分析為斷層構(gòu)造。

另外，采用YDT88無線電波透視儀對雙側(cè)均已成形的1/3順槽進(jìn)行探測，共探測出四處異常：YC1推斷為空巷影響；YC2、YC3、YC4推斷為褶曲軸部及周邊煤巖破碎帶影響所致。

圖4 無線電波透視探測成果圖

綜合無線電波透視與槽波地震勘探成果，認(rèn)為，槽波探測可以從橫向和縱向上進(jìn)行綜合分析，探測出異常的大概位置，但空巷對槽波的發(fā)育和傳播較為不利，如其背后有隱伏構(gòu)造，則無法探明，而無線電波透視雖然橫向分辨率準(zhǔn)確，可縱向分辨率較差，對斷層構(gòu)造也無法進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，因此，兩種方法的有效結(jié)合可以更好地提高構(gòu)造探測的準(zhǔn)確性。

3.3 鉆孔窺視法驗證

綜合富水異常和構(gòu)造異常的圈定結(jié)果，利用YCJ90/360鉆孔測井儀的窺視分析進(jìn)行直觀驗證，并制定相關(guān)防治措施，實現(xiàn)井上下聯(lián)合精細(xì)化物探的“閉合性”。由圖5可以看出，鉆孔窺視成像清晰，可以清楚地看到采空積水區(qū)、裂隙出水、巖體破碎等現(xiàn)象。

圖5 鉆孔窺視成像

3.4 礦井應(yīng)用成效

通過回采工作面井上下聯(lián)合精細(xì)化物探手段，圈定了采面的富水異常區(qū)和構(gòu)造異常區(qū)，礦方針對富水區(qū)域布置了多個鉆孔，成功進(jìn)行了采空區(qū)積水的預(yù)疏放，總放水量達(dá)130000m3，并于切眼段實際揭露槽波探測第三個異常帶，通過采取縮短切眼長度，布置順槽反掘等措施，將斷層分隔于工作面之外，另外，煤巖體破碎帶也得到了窺視驗證，通過采取煤體注漿加固技術(shù)，保證了工作面的安全回采，大大降低了無計劃揭露構(gòu)造和突水帶來的財產(chǎn)損失和人員傷亡，本次研究應(yīng)用效果良好。

4 主要結(jié)論

（1）井上下電法的富水區(qū)域探測，從半空間到全空間進(jìn)行了精細(xì)化的解釋，提高了探測的準(zhǔn)確性。

（2）井下電法與震法的構(gòu)造區(qū)域探測，確保了探測橫、縱向分辨率的準(zhǔn)確性，從不同原理提高了探測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（3）通過本次研究，分析了多種物探方法的使用范圍，從理論到實踐，形成了一套保證工作面安全回采的物探體系：地面物探以瞬變電磁法為主，從整體上控制區(qū)域不同煤層的小煤窯開采積水區(qū)和富水區(qū)域；井下采煤工作面采用瞬變電磁法、槽波探測法、無線電波透視法等，探明富水異常區(qū)和地質(zhì)構(gòu)造區(qū)；為檢測地面和井下物探效果，采用鉆孔窺視進(jìn)行驗證。最終，對工作面形成了“閉合式”精細(xì)化物探，保證工作面的安全回采。