瓦斯-水地質(zhì)異常體物探連續(xù)多方法跟蹤探測(cè)

薛維成

摘 要：我國煤礦為了充分利用多種物探手段對(duì)未開掘區(qū)域的瓦斯和水共存的現(xiàn)象進(jìn)行超前預(yù)測(cè)，解決礦井有此類現(xiàn)象的威脅，起到提前卸壓瓦斯及疏放水的作用。對(duì)于導(dǎo)水瓦斯的構(gòu)造狀況進(jìn)行了解，釋放瓦斯壓力后的掘進(jìn)巷道涌水涌瓦斯的概率及危害程度達(dá)到一個(gè)可控的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：沙曲一號(hào)煤礦;超前探測(cè);數(shù)據(jù)處理;研究分析;物探手段

1 探測(cè)依據(jù)

（1）《礦井瞬變電磁超前勘驗(yàn)技術(shù)方法》（NB/T 10126-2018）;（2）《工程物探規(guī)范》（DB45/T 983-2014）;（3）《礦井地震勘探儀》（MT/T 470-1996）;（4）礦井的設(shè)計(jì)、地勘、水文地質(zhì)資料以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

2 超前探測(cè)內(nèi)容、目的及要求

2.1 探測(cè)的內(nèi)容

礦井超前探測(cè)主要探測(cè)掘進(jìn)前方一定范圍內(nèi)有無不良地質(zhì)體：如斷層破碎帶、采空區(qū)水、巖溶或溶蝕構(gòu)造帶、煤巖分界面等。

2.2 探測(cè)的目的

通過及時(shí)探測(cè)進(jìn)一步查明地表勘探中難以查明的重大不良地質(zhì)問題，結(jié)合迎頭掘進(jìn)實(shí)際，及時(shí)提出鉆探及掘進(jìn)方案建議，盡量避免或減少由于技術(shù)等原因所造成的煤礦事故以及由此所造成的不必要的人力、物力、財(cái)力浪費(fèi)，保證煤礦開掘安全。

2.3 探測(cè)的要求

礦井超前探測(cè)以掘進(jìn)頭地質(zhì)巖性為基礎(chǔ)，采用多種物探手段相結(jié)合的綜合超前探測(cè)方法，用宏觀探測(cè)指導(dǎo)微觀探測(cè)、長距離探測(cè)指導(dǎo)中短距離探測(cè)、用微觀探測(cè)驗(yàn)證宏觀探測(cè)、中短距離探測(cè)驗(yàn)證長距離探測(cè)的工作思路，開展礦井的超前探測(cè)工作。具體要求如下：地震波法每100m一次，搭接不小于10m，每次有效探測(cè)90m;瞬變電磁探測(cè)每100m一次，搭接不小于10m，每次有效探測(cè)90m;地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)每30m一次，搭接不小于5m，每次有效探測(cè)25m。

3 探測(cè)原理

3.1 礦井地震波法探測(cè)原理及方法

3.2 礦井瞬變電磁探測(cè)原理及方法

本次用瞬變電磁其探測(cè)的機(jī)理是：發(fā)射回路上利用一個(gè)電流脈沖方波，在反射回來后沿下降的瞬間，再產(chǎn)生一個(gè)向回線法線方向傳播的一次磁場(chǎng)，在一次磁場(chǎng)的效應(yīng)下，物體即產(chǎn)生渦流，現(xiàn)象大小取決于物體的導(dǎo)電程度，在一次場(chǎng)沒有后，渦流不會(huì)瞬間沒有，即將出現(xiàn)一個(gè)衰退過程。在這一過程中，電磁能量在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播而使用，高頻部分大部分集中在地表附近，主要分布范圍是源下面的局部，較低頻部分傳播到遠(yuǎn)處，直至范圍擴(kuò)大。

3.3 礦井地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理及方法

本次利用地質(zhì)雷達(dá)一個(gè)天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，另一個(gè)天線接受來自探測(cè)前方介質(zhì)界面的反射波。發(fā)射部分由產(chǎn)生高頻脈沖波的發(fā)射機(jī)和向外輻射電磁波的天線（Tx）組成。探地雷達(dá)技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種確定地下介質(zhì)分布的定向高頻電磁波反射定位技術(shù)。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時(shí)，可根據(jù)精確測(cè)得的走時(shí)t，由上式求得目標(biāo)體的深度H，即：H=v2t2-x22。式中x值即收發(fā)距，在剖面測(cè)量中是固定的;v值可用寬角法直接測(cè)量，也可以根據(jù)近似計(jì)算公式：v≈cεr，c為光速，εr為地下介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。探測(cè)原理見圖。

對(duì)不同雷達(dá)，一般200MHz以下頻率可用于超前探測(cè)。

4 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)及數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)工作于2020年07月15日和2020年07月17日分布在六采區(qū)1號(hào)底抽巷和四采區(qū)底抽聯(lián)絡(luò)巷展開?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了地震波、瞬變電磁及地質(zhì)雷達(dá)三種方法的探測(cè)。

4.1 地震波法

4.1.1 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)方案

2020年07月17日地礦井震波探測(cè)工作在四采區(qū)底抽聯(lián)絡(luò)巷當(dāng)日迎頭里程503m處開展。按地震波法超前探測(cè)系統(tǒng)要求，實(shí)測(cè)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)布置2個(gè)接收孔（C1孔深1.5m右?guī)?、C2孔深1.8m右?guī)偷撞浚┖?4個(gè)炮孔（右?guī)停?，每個(gè)炮孔炸藥用量為50g，采用電雷管逐個(gè)引爆。

炮孔從掘進(jìn)頭向后，在巷道右?guī)筒贾?，第一個(gè)炮眼距迎頭退后6.14m，孔深1.5m，其他23個(gè)炮眼以同樣孔深，間距1.5m向后依次布置。

4.1.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理以檢波點(diǎn)C1和C2中心點(diǎn)為零點(diǎn)，定義X方向?yàn)樗矶醋呦蚍较颍琘方向?yàn)榇怪彼矶此矫娣较?，Z方向?yàn)樗酱怪彼矶醋呦蚍较颉Ｒ来私⒆鴺?biāo)系確定炮點(diǎn)。

5 綜合分析成果與建議

5.1 綜合分析成果

經(jīng)對(duì)六采區(qū)1號(hào)底抽巷和四采區(qū)底抽聯(lián)絡(luò)巷迎頭進(jìn)行地球物理探測(cè)，對(duì)前方構(gòu)造異常及含水異常進(jìn)行分析總結(jié)，形成以下綜合成果：

在探測(cè)前方13～27m段（即里程148～162m）雷達(dá)回波信號(hào)能量整體較強(qiáng)，可見連續(xù)同相軸明顯，且局部存在錯(cuò)段，低頻信號(hào)明顯，信號(hào)整體表現(xiàn)為推斷為基巖裂隙水發(fā)育，圍巖相對(duì)破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。

前方里程148～165m范圍內(nèi)基巖裂隙水發(fā)育，表現(xiàn)為：淋雨～股狀出水。

四采區(qū)底抽聯(lián)絡(luò)巷503m迎頭地震波法

（1）里程527～547m區(qū)段縱橫波均存在明顯的強(qiáng)阻抗異常，且速度變化劇烈，推測(cè)該區(qū)段圍巖條件破碎、裂隙發(fā)育;（2）里程567～總587m區(qū)段縱波存在明顯強(qiáng)阻抗異常，縱橫波波速變化較大，推測(cè)該區(qū)段圍巖完整性較差、非均質(zhì)性強(qiáng)，存在富水可能。

瞬變電磁法

（1）仰角40°在探測(cè)前方及左側(cè)，距離迎頭距離約65～100m（即里程568～603m）范圍內(nèi)存在連續(xù)低阻異常;

（2）仰角20°在探測(cè)前方及右側(cè)，距離迎頭距離約60～90m（即里程563～593m）范圍內(nèi)存在連續(xù)低阻異常;

（3）探測(cè)前方0°探測(cè)前方及右側(cè)，距離迎頭距離60～100m（即里程563～603m）范圍內(nèi)存在較大范圍的連續(xù)低阻異常;

（4）俯角40°在探測(cè)前方，距離迎頭距離約50～100m（即里程553～603m）范圍內(nèi)兩處低阻異常。

地質(zhì)雷達(dá)法

在探測(cè)前方14～21m段（即里程517～524m）雷達(dá)回波信號(hào)能量整體較強(qiáng)，可見連續(xù)同相軸明顯，且局部存在錯(cuò)段，信號(hào)整體表現(xiàn)為推斷為圍巖破碎或巖性變化，局部基巖裂隙水較發(fā)育，節(jié)理裂隙發(fā)育。

（1）前方里程517～547m范圍內(nèi)圍巖破碎或巖性編號(hào)，基巖裂隙水發(fā)育，表現(xiàn)為：淋雨～股狀出水;（2）前方里程567～587m范圍內(nèi)基巖裂隙水發(fā)育，表現(xiàn)為：淋水～股狀出水。

5.2 建議

（1）由于物探手段存在多解性，對(duì)異常區(qū)域，應(yīng)加強(qiáng)迎頭地質(zhì)調(diào)查及超前水文地質(zhì)鉆孔工作，并建議相關(guān)生產(chǎn)部門及時(shí)采取相應(yīng)措施，按照《煤礦防治水規(guī)定》及時(shí)對(duì)異常區(qū)域施工驗(yàn)證鉆孔。

（2）掘進(jìn)過程中對(duì)出現(xiàn)的地質(zhì)異常及時(shí)記錄，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)關(guān)注開掘驗(yàn)證情況，以便對(duì)成果資料進(jìn)一步分析與修正。

（3）由于含水裂隙的存在，易造成開掘后局部瓦斯富集，注意掘進(jìn)過程中的供風(fēng)、排水。

（4）對(duì)后期掘進(jìn)段落應(yīng)加強(qiáng)多種物探手段綜合探測(cè)，形成多物性成果，提高探測(cè)的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)語

總的來說，充分利用多種物探手段對(duì)未開掘區(qū)域的瓦斯和水共存的現(xiàn)象進(jìn)行超前預(yù)測(cè)，解決礦井有此類現(xiàn)象的威脅，起到提前卸壓瓦斯及疏放水的作用。對(duì)于導(dǎo)水瓦斯的構(gòu)造狀況進(jìn)行了解，釋放瓦斯壓力后的掘進(jìn)巷道涌水涌瓦斯的概率以及危害程度達(dá)到一個(gè)可控的狀態(tài)。本文主要是針對(duì)山西華晉焦煤有限公司沙曲一號(hào)煤礦進(jìn)行了研究和分析，希望能夠促進(jìn)未來礦井的不斷發(fā)展，能夠利用多種物探探測(cè)手段以及數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行對(duì)未知巷道區(qū)域進(jìn)行超前預(yù)測(cè)及礦井的安全開采。

參考文獻(xiàn)：

[1]史向軍.把親情文化融入安全管理[N].山西日?qǐng)?bào)，2020-09-01（011）.

[2]黃淮彩.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)融合升級(jí)的設(shè)計(jì)及智能化建設(shè)展望[J].能源與環(huán)境，2020（04）：117-118.

[3]楊濤.煤礦安全供電方式及機(jī)電設(shè)備的管理與維護(hù)措施[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2020，10（08）：114-115.

作者簡(jiǎn)介：薛維成（1986— ），男，漢族，山西大同人，本科，中級(jí)工程師，隊(duì)長，研究方向：地質(zhì)水文。