多種物探手段在林西礦應(yīng)用中的準(zhǔn)確性研究

李新亮

（唐山開灤林西礦業(yè)有限公司，河北 唐山063100）

1 概 況

物探是指在煤礦使用的多種地球物理勘探方法，是煤礦地質(zhì)及水文地質(zhì)工作的重要手段。應(yīng)用好物探技術(shù)，可以從平面及立體空間上解釋地質(zhì)現(xiàn)象，提供鉆探靶區(qū)，提高地質(zhì)及水文地質(zhì)預(yù)報(bào)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，為煤礦安全高效生產(chǎn)提供保障。林西礦采用三維地震勘探、二維地震勘探、瞬變電磁法、無(wú)線電波坑透法、槽波地震勘探等多種物探手段，分別對(duì)該礦不同采掘區(qū)域進(jìn)行了探測(cè)，為林西礦的安全生產(chǎn)提供可靠的水文地質(zhì)保障。對(duì)瞬變電磁法、無(wú)線電波坑透法和槽波地震勘探這3種常用的井下物探手段進(jìn)行準(zhǔn)確性分析，結(jié)合其在林西礦的應(yīng)用情況，得出影響物探準(zhǔn)確性的因素。

2 多種物探應(yīng)用研究

2.1 瞬變電磁法

瞬變電磁法是利用發(fā)射和接收的電磁波形成的視電阻率大小來(lái)判斷異常區(qū)。林西礦在開拓延深區(qū)域、掘進(jìn)迎頭區(qū)域及回采工作面形成后應(yīng)用該方法進(jìn)行探測(cè)，主要是針對(duì)工程前方底板方向和工作面內(nèi)部及其底板方向含水層的富水性、導(dǎo)水構(gòu)造的探測(cè)，再利用鉆探進(jìn)行相互驗(yàn)證，保障安全采掘。

近5 a來(lái)，林西礦共利用瞬變電磁法進(jìn)行了12次探測(cè)，其中8次在林西礦的開拓延深區(qū)域，3次在回采工作面形成后，1次在掘進(jìn)迎頭區(qū)域。經(jīng)過(guò)對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)照采掘?qū)嶋H揭露情況，瞬變電磁法探測(cè)準(zhǔn)確性較高，為采掘工作提供了水文地質(zhì)安全保障。

圖1 為林西礦2015年6月在2705下山迎頭向下45°進(jìn)行的瞬變電磁法探測(cè)成果。

圖1 2705下山迎頭向下45度瞬變電磁法探測(cè)成果Fig.1 TEMdetection results of 2705 downhill 45 degrees

從圖1中可以看出，探測(cè)范圍內(nèi)有兩處較淺區(qū)域，將其定義為富水性較強(qiáng)的1號(hào)和2號(hào)區(qū)域，利用鉆探手段對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。鉆探成果顯示，鉆進(jìn)至這兩處區(qū)域時(shí)，涌水量有明顯的增加（由0.01 m3/min增加到0.04 m3/min），富水性高于其它區(qū)域。根據(jù)以上成果，提前進(jìn)行了預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，施工單位制定了針對(duì)性的措施，因此在巷道揭露時(shí)雖出水情況明顯，對(duì)施工進(jìn)度有一定影響，但保障了安全。

2.2 無(wú)線電波坑透法

無(wú)線電波坑透法是利用發(fā)射和接收的電磁波場(chǎng)強(qiáng)變化形成的吸收率值大小來(lái)判斷分析異常區(qū)。林西礦主要是用其探測(cè)回采工作面內(nèi)的煤層厚度、煤層頂?shù)装?、?gòu)造及其產(chǎn)狀變化情況，對(duì)探測(cè)出的異常區(qū)，根據(jù)鉆孔、已揭露巷道情況進(jìn)行分析，對(duì)分析不出的異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，然后提出針對(duì)性的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及措施，保障工作面的安全高效回采。

近5 a來(lái)，林西礦共利用無(wú)線電波坑透法進(jìn)行了10次探測(cè)。經(jīng)過(guò)對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)照回采實(shí)際揭露情況，探測(cè)共解釋了異常區(qū)38處，其中未驗(yàn)證的有7處，不準(zhǔn)確的有3處，準(zhǔn)確率90.3%。

圖2 為林西礦2016年1月在1021-2工作面進(jìn)行的無(wú)線電波坑透法探測(cè)成果。

圖2 1021-2工作面無(wú)線電波坑透法探測(cè)成果Fig.2 Detection results of radio wave pit penetration method in 1021-2 working face

從圖2中可以看出，1021-2工作面利用無(wú)線電波坑透法探測(cè)出6個(gè)異常區(qū)，而在最初的探測(cè)結(jié)果中得出的是5個(gè)異常區(qū)，沒有Ⅱ號(hào)異常區(qū)。因?yàn)樵诔晒麍D上，Ⅱ號(hào)區(qū)域異常區(qū)反應(yīng)并不強(qiáng)烈，但技術(shù)人員通過(guò)結(jié)合掘進(jìn)實(shí)見的1條斷層及2條巖漿巖（巖墻）（斷層落差0.8 m，巖漿巖最大寬度2.7 m）綜合分析，推測(cè)異常區(qū)內(nèi)受斷層及巖漿巖影響，造成工作面煤層變薄或局部全巖，對(duì)回采工作影響較大，因此將Ⅱ號(hào)區(qū)域定義為異常區(qū)，如圖3所示。

圖3 1021-2工作面Ⅱ號(hào)區(qū)域無(wú)線電波坑透法探測(cè)成果Fig.3 Detection results of radio wave pit penetration method in No.2 area of 1021-2 working face

在1021-2工作面實(shí)際的向前推采過(guò)程中，采面逐步揭露巖漿巖（巖2），并且伴生的小斷層增多，采面地質(zhì)條件變差，制約了生產(chǎn)。由于生產(chǎn)單位根據(jù)物探報(bào)告制定了相應(yīng)的安全技術(shù)措施，已將地質(zhì)構(gòu)造的影響程度降至最低，保證了回采進(jìn)度和安全生產(chǎn)。

2.3 槽波地震勘探

槽波地震勘探是利用地震波在煤層中傳播的缺失或明顯減弱等的地震波場(chǎng)特征，初步了解工作面煤層內(nèi)部隱伏地質(zhì)構(gòu)造對(duì)槽波的傳播通道（煤層）存在不同程度的阻擋，再通過(guò)處理分析得到不同地震道的槽波的頻率、相位及群速度等確定異常區(qū)。林西礦主要是用其探測(cè)回采工作面內(nèi)的煤層厚度、夾矸及地質(zhì)構(gòu)造的變化等煤層中地質(zhì)異常的賦存狀況，對(duì)探測(cè)出的異常區(qū)根據(jù)鉆孔、已揭露巷道情況進(jìn)行分析，然后提出針對(duì)性的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及措施，保障工作面的安全高效回采。

近5 a來(lái)，林西礦共利用槽波地震勘探進(jìn)行了1次探測(cè)。經(jīng)過(guò)對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，共確定了1個(gè)薄煤區(qū)，2個(gè)煤層變薄區(qū)，1個(gè)斷層影響區(qū)。具體探測(cè)成果如圖4所示。

圖4 2023-2工作面槽波地震勘探探測(cè)成果Fig.4 Exploration results of slot wave seismic exploration in 2023-2 working face

對(duì)照回采實(shí)際揭露情況來(lái)看，探測(cè)出的異常區(qū)均與實(shí)際相符，準(zhǔn)確度較高。但在實(shí)際回采過(guò)程中，煤層變薄區(qū)2的上方也存在薄煤區(qū)，在進(jìn)行槽波地震勘探時(shí)未探測(cè)出來(lái)，使生產(chǎn)受到一定程度的影響。

3 影響物探準(zhǔn)確性的因素

根據(jù)上述物探探測(cè)成果與巷道實(shí)際揭露情況來(lái)看，物探的準(zhǔn)確性受多種因素的影響。

瞬變電磁法和無(wú)線電波坑透法發(fā)射和接收的均為電磁波，主要影響因素為巷道積水，鐵軌、錨網(wǎng)、錨桿、皮帶機(jī)架等金屬物品，巷道內(nèi)動(dòng)力電纜、大型機(jī)電設(shè)備通電，也會(huì)對(duì)電磁波造成一定的干擾，使電磁波增強(qiáng)或減弱，影響探測(cè)的準(zhǔn)確性，這些因素的影響在實(shí)際探測(cè)過(guò)程中均得到了驗(yàn)證。因此，在做瞬變電磁法和無(wú)線電波坑透法之前，必須要排出巷道積水，清理探測(cè)點(diǎn)20 m范圍內(nèi)金屬物體，巷道內(nèi)動(dòng)力電纜及大型機(jī)電設(shè)備必須停電。

槽波地震勘探發(fā)射和接收的均為地震波，主要影響因素為探測(cè)場(chǎng)所及其附近的施工、放炮及人員走動(dòng)等會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)的行為，這些震動(dòng)尤其會(huì)影響地震波的接收，使其最終接收的數(shù)據(jù)是多種行為的綜合成果，影響探測(cè)的準(zhǔn)確性，這些因素的影響在實(shí)際探測(cè)過(guò)程中也得到了驗(yàn)證。因此，在進(jìn)行槽波地震勘探時(shí)，必須停止探測(cè)場(chǎng)所及其附近的施工、放炮及人員走動(dòng)等會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)所有行為。

4 結(jié) 語(yǔ)

林西礦是一個(gè)百年老礦，下一步的主要可采資源均位于深部，雖然已按照要求進(jìn)行了各種勘探，但在具體施工某個(gè)區(qū)域或工作面時(shí)，仍要嚴(yán)格執(zhí)行“兩探”要求。物探有其特有的優(yōu)勢(shì)，在保障安全生產(chǎn)的工作中起著重要作用，應(yīng)不斷的、多方面的（如從井下環(huán)境的影響因素、井上數(shù)據(jù)處理軟件的判別方法等）對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行研究，發(fā)揮其效益的最大化，為水文地質(zhì)安全保障做出貢獻(xiàn)。