礦井物探技術(shù)在探測(cè)回釆工作面導(dǎo)水陷落柱的應(yīng)用

牛淑敏

【摘 要】在煤礦進(jìn)行回采作業(yè)的時(shí)候，很容易遭遇到導(dǎo)水陷落柱，為了保障煤礦工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，在進(jìn)行回采作業(yè)的時(shí)候需借助物探技術(shù)對(duì)礦井下的作用情況進(jìn)行勘探。物探技術(shù)的使用可以準(zhǔn)確地判斷出陷落柱的含水狀況、基本形態(tài)以及有限的判定出富水的區(qū)域范圍，只有掌握清楚礦井下的地質(zhì)情況，才能最大限度的保障煤礦回采工作人員的生命安全。因此，本文以L地區(qū)為例先分析了該地區(qū)的地質(zhì)概況，然后闡述了物探技術(shù)的設(shè)計(jì)和施工，最后對(duì)探測(cè)的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】物探技術(shù);煤礦;井測(cè);導(dǎo)水陷落柱

我國(guó)煤礦的地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，而且煤礦的儲(chǔ)存規(guī)模不同，地質(zhì)條件也就有所不同，在進(jìn)行井下作業(yè)的時(shí)候經(jīng)常會(huì)遭遇到斷層以及陷落柱的問(wèn)題，其中陷落柱的存在嚴(yán)重的影響了煤層以及圍巖的穩(wěn)定性，從而引發(fā)安全事故。因此為了保障煤礦工作人員的人身安全，需要對(duì)煤礦進(jìn)行井測(cè)。在對(duì)煤礦地下作業(yè)進(jìn)行井測(cè)時(shí)，采用的是高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)相結(jié)合的綜合物探技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用可以清楚的了解陷落柱的含水性、導(dǎo)水性以及空間形態(tài)，為井下作業(yè)提供了較大的安全保障。

1地質(zhì)概況

本文為例的L煤礦4371工作面長(zhǎng)度為256米，煤層平均厚度大約在5.2米，在停在工作面東北走向高位1.5米，傾角為25°—54°的位置出現(xiàn)了斜角斷層。在回采的過(guò)程中遭遇到的陷落柱的煤層底板標(biāo)高為902米，奧灰水的靜止水位標(biāo)高為911m。在回采工作面漏出的陷落柱的高度在1.2米左右，陷落柱的主要結(jié)構(gòu)成分為方解石晶體，方解石的大量出現(xiàn)就證明了該區(qū)域一定有火成巖體，因此地下水中會(huì)含有石灰?guī)r的溶劑物質(zhì)，當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r(shí)，在負(fù)壓影響下形成了陷落柱，當(dāng)水位上升的時(shí)候水中的石灰?guī)r溶劑的沉淀物質(zhì)就會(huì)留在空隙中，久而久之就形成了就形成了方解石空洞。

2物探設(shè)計(jì)與施工

由于需要探測(cè)的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，而且還要對(duì)富水的區(qū)域范圍進(jìn)行探測(cè)，因此選用物探技術(shù)中高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)對(duì)井下的實(shí)際狀況進(jìn)行勘測(cè)探查，高密度電法對(duì)富水性的反應(yīng)比較靈敏，可以相對(duì)準(zhǔn)確的探測(cè)出富水的范圍，而地質(zhì)雷達(dá)的使用可以更加精準(zhǔn)的探測(cè)出地質(zhì)的構(gòu)造組成。

2.1地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)

在使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)勘察的時(shí)候，主要的工作原理是通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射出高頻短脈沖電磁波[1]，在傳播的過(guò)程中發(fā)射出的電磁波如果遇到地質(zhì)條件存在差異的情況時(shí)就會(huì)發(fā)生反射，而反射的信號(hào)最終是由接受天線進(jìn)行接收。然后就可以根據(jù)電磁波的實(shí)際反射情況對(duì)地質(zhì)進(jìn)行探測(cè)分析，主要的分析電磁波的接收時(shí)間、強(qiáng)度以及電磁波的形狀，然后就可以根據(jù)相應(yīng)的分析結(jié)果來(lái)判定地質(zhì)的形態(tài)、電導(dǎo)性以及主要位置，從而完成對(duì)地下隱蔽目標(biāo)的探測(cè)工作。在使用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)4371工作面下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)時(shí)根據(jù)煤礦的實(shí)際情況選用了100Mz天線。然后在巷到底板的位置設(shè)置長(zhǎng)度為35米的兩條測(cè)線，探測(cè)的起點(diǎn)位置在80號(hào)和81號(hào)之間。1號(hào)測(cè)線距離停采區(qū)域的位置有4米，而2號(hào)測(cè)線距離停采區(qū)域的位置有1米，天線之間保持1米的距離。

2.2高密度電法探測(cè)

使用高密度電法對(duì)礦井下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)時(shí)主要是利用地層內(nèi)部巖石和土壤的導(dǎo)電差異性[1]。對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)的時(shí)候先將直流電導(dǎo)入地下，隨著供電機(jī)的距離不斷增大，向地下導(dǎo)入的電流也在不斷的加深。因此就可以通過(guò)電極測(cè)試獲取圍巖以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的電性差異，再根據(jù)檢測(cè)的這些差異來(lái)分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)的橫向電阻變化信息以及縱向電阻變化信息，最后對(duì)這些檢測(cè)到的信息進(jìn)行分析，從而獲取地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。使用高密度電測(cè)法對(duì)礦井進(jìn)行布置測(cè)線，檢測(cè)線的長(zhǎng)度在210米左右，在檢測(cè)線上設(shè)置了70個(gè)電極，每個(gè)電極之間的相隔距離為3米，使用α排列法來(lái)分析中祥和水平方向的陷落柱變化特征。

3探測(cè)成果

3.1地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)成果

使用地質(zhì)雷達(dá)物探得到的1號(hào)測(cè)線和2號(hào)測(cè)線的成果如圖1和圖2所示。

根據(jù)圖1和圖2 的剖面成果圖可以看出，陷落柱直徑的變化為越往下直徑越大，對(duì)板底以下的影響范圍也在不斷的增加。在進(jìn)行探測(cè)的時(shí)候進(jìn)入陷落柱中的少部分能量被反射了回來(lái)，而絕大部分的能量都已被吸收，因此可以判定陷落柱內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)富水的情況，同時(shí)伴有部分堆積的亂石。

3.2高密度電法探測(cè)成果

先對(duì)使用高密度電法采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到了圖3所展示的巷道電阻率色譜斷面圖，在圖中探測(cè)的深度用縱向坐標(biāo)表示，巷道的方向用橫向坐標(biāo)表示，統(tǒng)一的單位為米，使用高密度電法探測(cè)的最大深度在25米左右。

根據(jù)以上的巷道電阻率色譜斷面圖可以看出，在大概在95到118米的位置存在著一處阻礙較低的物探異常區(qū)，這個(gè)異常區(qū)的整體結(jié)構(gòu)上部比較窄，下部位置范圍較大，并且上端和下端相連通，異常區(qū)域和周?chē)膰鷰r相對(duì)比其電性較差，經(jīng)過(guò)相關(guān)的分析得出的結(jié)論為：異常區(qū)上部較窄的低阻區(qū)就是陷落柱的所在位置。

3.3成果解釋

對(duì)檢測(cè)采集的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)項(xiàng)相關(guān)分析可以得出的觀點(diǎn)為：使用地質(zhì)雷法可以有效的探測(cè)出陷落柱內(nèi)部的變化，尤其是對(duì)陷落柱巖石底邊的變化和邊界的變化探測(cè)結(jié)果較為精準(zhǔn)。想要精準(zhǔn)的了解陷落柱的含水情況就可以采用高密度電法進(jìn)行探測(cè)。而這兩項(xiàng)物探技術(shù)的綜合使用可以根據(jù)檢查的結(jié)果和信息構(gòu)畫(huà)出陷落柱的含水狀況。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，證明物探技術(shù)的應(yīng)用可以相對(duì)準(zhǔn)確的判斷礦井下陷落柱的結(jié)構(gòu)形狀以及富水的區(qū)域范圍，為煤礦的安全回采工作提供一定的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊承蕊.礦井物探技術(shù)在探測(cè)回采工作面導(dǎo)水陷落柱的應(yīng)用[J].煤炭科技，2019，40（1）：74-76.

[2]焦陽(yáng)，廉玉廣，李梓毓，等.綜合礦井物探技術(shù)在陷落柱探測(cè)中的應(yīng)用[J].煤礦開(kāi)采，2018，23（6）：16-18.

（作者單位：新汶礦業(yè)集團(tuán)地質(zhì)勘探有限責(zé)任公司）