基于綜合物探技術(shù)的地質(zhì)構(gòu)造帶探測(cè)分析

程鳳飛

（山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司寺河煤礦，山西 晉城 048200）

1 工作面概況

寺河礦W3308綜采工作面地面位置位于新南坡村、南嶺后村以西，三水溝以東北，大南坡村以東，馬莊前村以西南；井下位置西南為W3301工作面（已采），西部為w3309工作面（正掘），東為西二盤區(qū)巷道及采面（正掘），南部為西三盤區(qū)集中回風(fēng)巷。工作面平均長(zhǎng)度1038.5m，平均寬度256.0m，回采煤層為3#煤層，煤層平均厚度為6m。

工作面處于奧灰承壓水區(qū)域，奧灰水位標(biāo)高在+515m左右，3#煤層底板標(biāo)高為+420～+454m，奧灰水位高出3#煤層底板61～95m，水壓為0.61～0.95MPa， 突 水 系 數(shù) 0.0061～0.0095MPa/m，突水系數(shù)T＜0.06MPa/m。3#煤層底板距奧灰?guī)r頂面厚度在100m左右，且之間的巖性主要為泥巖，具有良好的隔水性，在無(wú)構(gòu)造溝通情況下，一般不會(huì)有底板突水危險(xiǎn)，其突水主要危險(xiǎn)表現(xiàn)在導(dǎo)水?dāng)鄬影l(fā)育地帶，其次為頂板砂巖裂隙水及生產(chǎn)用水。工作面正常掘進(jìn)過(guò)程中涌水來(lái)源主要為3#煤層上覆砂巖裂隙水，此含水層主要以靜水量為主，該裂隙水將隨著頂板垮落而滲入工作面，涌水量預(yù)計(jì)為5～15m3/h。

2 巷瞬變電磁法探測(cè)分析

2.1 探測(cè)方案

W3308綜采工作面采用巷瞬變電磁法對(duì)地質(zhì)構(gòu)造帶進(jìn)行探測(cè)分析。每條巷道內(nèi)布置4條測(cè)線，測(cè)線角度分別為頂板45°、順層、底板45°方向測(cè)線，其工作面探測(cè)示意圖如圖1所示。33081巷測(cè)線長(zhǎng)度為1120m，33083巷測(cè)線長(zhǎng)度為1120m，測(cè)點(diǎn)間隔20m，兩條巷道共計(jì)探測(cè)長(zhǎng)度2240m，工作面探測(cè)方向及探測(cè)任務(wù)如表1所示。

2.2 探測(cè)結(jié)果分析

通過(guò)探測(cè)巖層電性特征視電阻率在0～200Ω之間，結(jié)合W3308工作面順槽掘進(jìn)過(guò)程中物探超前探測(cè)實(shí)際揭露的地質(zhì)情況和現(xiàn)場(chǎng)干擾情況，推斷W3308工作面內(nèi)視電阻率高于200Ω的區(qū)域可能由構(gòu)造或現(xiàn)場(chǎng)干擾引起，故作為高阻異常體圈出。

井下采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)反演計(jì)算處理后，主要形成各探測(cè)方向二維電阻率剖面圖，通過(guò)該圖分析W3308工作面煤層頂板巖層富水區(qū)分布情況。

圖1 工作面探測(cè)示意圖

表1 W3308工作面探測(cè)方向及探測(cè)任務(wù)

2.2.1 33083巷探測(cè)結(jié)果分析

圖2為W3308工作面33083巷各測(cè)線礦井瞬變電磁法探測(cè)視電阻率等值線擬斷面圖，圖中橫坐標(biāo)0點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)W3308工作面切眼位置，縱坐標(biāo)軸為沿探測(cè)方向的距離（50表示順槽向工作面探測(cè)方向以里50m位置，以此類推），橫坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)巷道測(cè)線長(zhǎng)度。圖中0～100表示不同的視電阻率值，即從0～100表示電阻率不斷升高。

從瞬變電磁探測(cè)結(jié)果看，33083巷順層和頂板方向發(fā)現(xiàn)明顯有效高阻異常，圖中切眼附近高阻區(qū)域?yàn)殡娏Ω蓴_引起。在順層、頂板和底板均發(fā)現(xiàn)高阻異常區(qū)，命名為高阻異常1、高阻異常2和高阻異常3。高阻異常1位于距離切眼650～720m處，高阻異常2位于距離切眼800～960m處，低阻異常3位于距離切眼1000～1050m處。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)和地質(zhì)資料分析結(jié)果為高阻異常均推斷為地質(zhì)異常體或斷層影響。

圖2 33083巷瞬變電磁法探測(cè)視電阻率等值線擬斷面圖

2.2.2 33081巷探測(cè)結(jié)果分析

圖3為W3308工作面33081巷各測(cè)線礦井瞬變電磁法探測(cè)視電阻率等值線擬斷面圖。

圖3 33081巷瞬變電磁法探測(cè)視電阻率等值線擬斷面圖

從瞬變電磁探測(cè)結(jié)果看，33081巷順層和頂板方向發(fā)現(xiàn)明顯有效高阻異常區(qū)域。在順層、頂板和底板均發(fā)現(xiàn)高阻異常區(qū)，命名為高阻阻異常A和高阻阻異常B。高阻異常A位于距離切眼520～570m處，高阻異常B位于距離切眼860～910m處。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)和地質(zhì)資料分析結(jié)果為高阻異常均推斷為地質(zhì)異常體或斷層影響，520～570m處裂隙可能引起淋水。

3 槽波勘探探測(cè)分析

3.1 探測(cè)方案

W3308綜采工作面采用槽波勘探對(duì)地質(zhì)構(gòu)造帶進(jìn)行探測(cè)分析。槽波探測(cè)實(shí)際射線分布圖如圖4所示，共設(shè)計(jì)56個(gè)檢波孔，布置在33081巷和33083巷，間距20m，56個(gè)炮孔布置在33081巷和33083巷，炮間距分別為20m。由于33083巷靠近切眼側(cè)280m范圍內(nèi)安設(shè)有設(shè)備列車等機(jī)電設(shè)施，不具備安全放炮的條件，故實(shí)際探測(cè)施工42個(gè)有效炮孔，造成如圖4所示的大范圍的射線空白區(qū)即探測(cè)盲區(qū)，該區(qū)間范圍內(nèi)不做有效分析。受射線密度限制，導(dǎo)致靠近探測(cè)邊界兩側(cè)存在射線稀疏區(qū)，故該區(qū)間范圍內(nèi)所示異?？煽砍潭容^低。

圖4 W3308工作面槽波探測(cè)實(shí)際射線分布圖

3.2 探測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)槽波特征，在進(jìn)行槽波能量衰減系數(shù)CT成像過(guò)程中，圈定異常區(qū)6處，如圖5工作面槽波探測(cè)綜合成果圖所示，其中，3處推斷為斷層影響或煤體破碎區(qū)，2處推斷為煤體破碎區(qū)，1處推斷為賦存有斷層或陷落柱。

圖5 W3308槽波探測(cè)綜合成果圖

寺河礦W3308工作面采用槽波透射法進(jìn)行探測(cè)，測(cè)線長(zhǎng)度為1100m。經(jīng)過(guò)對(duì)槽波數(shù)據(jù)的分析和處理，再綜合實(shí)際地質(zhì)資料，本次槽波探測(cè)共圈定6處異常區(qū)域。

（1）圈定的異常2，推斷為巷道揭露的多條斷層，向工作面內(nèi)延伸影響所致。

（2）圈定的異常3，推斷為賦存有斷層或陷落柱，同時(shí)，有一定可能為受采面內(nèi)煤體破碎影響所致，應(yīng)當(dāng)打鉆驗(yàn)證。

（3）圈定的異常4和異常6，推斷為巷道揭露的FW3308-4走向型斷層，在工作面內(nèi)發(fā)育影響所致，特別是異常5所圈定范圍內(nèi)，不能排除存在小型構(gòu)造的可能。

（4）圈定的異常5，推斷為煤體破碎區(qū)，但不能排除在該異常范圍內(nèi)存在小型構(gòu)造的可能。

（5）受實(shí)際施工布置限制，造成探測(cè)范圍內(nèi)存在射線稀疏區(qū)，射線稀疏區(qū)所示范圍內(nèi)所反映的探測(cè)成果，可靠程度較低。

4 效果驗(yàn)證

W3308綜采工作面巷瞬變電磁法探測(cè)在順層、頂板和底板發(fā)現(xiàn)高阻異常區(qū)5處，槽波勘探探測(cè)存在異常區(qū)6處。工作面超前物探施工中，發(fā)現(xiàn)異常區(qū)和實(shí)際水文地質(zhì)情況吻合基本能達(dá)到60%以上，沒(méi)有漏報(bào)情況，取得了一定的成果。

根據(jù)探測(cè)到的異常區(qū)域，施工至異常區(qū)域時(shí)應(yīng)當(dāng)放緩施工速率，分析異常產(chǎn)生的原因，對(duì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域制訂詳細(xì)的作業(yè)規(guī)程。巷道掘進(jìn)后及時(shí)進(jìn)行超前支護(hù)，穩(wěn)定后注漿加固提高巷道的承載能力和穩(wěn)定性，保證W3308綜采工作面安全高效生產(chǎn)。

5 結(jié)論

（1）W3008工作面采用瞬變電磁法和槽波勘探對(duì)工作面地質(zhì)構(gòu)造帶進(jìn)行探測(cè)。根據(jù)二維電阻率剖面圖可知，在順層、頂板和底板發(fā)現(xiàn)高阻異常區(qū)5處，分別位于距離切眼650～720m、800～960m、1000～1050m、520～570m、860～910m 處；根據(jù)槽波能量衰減系數(shù)CT成像圖可知異常區(qū)6處，其中，3處推斷為斷層影響或煤體破碎區(qū)，2處推斷為煤體破碎區(qū)，1處推斷為賦存有斷層或陷落柱。

（2）工作面超前物探施工中，發(fā)現(xiàn)異常區(qū)和實(shí)際水文地質(zhì)情況吻合基本能達(dá)到60%以上，沒(méi)有漏報(bào)情況，取得了一定的成果。但是礦井中的電磁干擾因素較多，井下的輸電線、綜掘機(jī)和其他各種金屬管道對(duì)井下瞬變電磁場(chǎng)的干擾嚴(yán)重，有時(shí)會(huì)使探測(cè)資料無(wú)法利用。槽波勘探也受井下惡劣環(huán)境、多種干擾信號(hào)、布置探測(cè)的空間與通道有限、潮濕以及煤塵等因素的影響，降低了超前探測(cè)的準(zhǔn)確性。