袁店二礦斷層構造復雜區物探技術應用研究

摘 要：為了提高煤礦復雜地質構造判斷的準確性，利用礦井震波超前探測和瞬變電磁法相結合的方式可進行有效探查。通過對袁店二礦斷層超前綜合探查，結果表明，綜合物探技術對礦井復雜地質構造體分辨能力較強，對構造體的空間特征及其含水狀況判斷準確，超前探測效果較好，可為礦井安全穩定生產提供技術依據和保障。

關鍵詞：綜合物探技術；瞬變電磁法；礦井震波超前探測；斷層構造復雜區

中圖分類號：P631文獻標識碼：A

[WT]文章編號：1672-1098(2011)02-0052-04

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收稿日期：2011-03-24

作者簡介：胡光雨(1963-)，男，安徽無為人，工程師，大專，主要從事煤礦開采技術與管理工作。

[WT3BZ]Application of Geophysical Prospecting Technique in Fault Complex Geological Structure in Yuandian No.2 Coal Mine

HU Guang-yu1， XIN Zhan-dong1，PAN Le-xun2

(1.Yuandian No.2 Coal Mine， Huaibei Mining Group Co.， Ltd.， Huaibei Anhui 236800， China; 2.Anhui Huizhou Institute of Subterranean Calamity， Hefei Anhui 230088， China)

Abstract:In order to improve the accuracy of mine complex geological structure judgment， used Mine Seismic Prediction and Transient electromagnetic methods were used to detect complex geological bodies. The result of the application of one complex structure about the fault in Yuandian No.2 Coal Mine showed that the comprehensive geophysical prospecting technique had a stronger ability to distinguish the complex geological bodies， and to determine accurately the spatial characteristics and aquosity of the bodies， and had better advanced detection. It can provide technical basis for security and stability of mine production.

Key words:integrated geophysical prospecting technique; transient electromagnetic method; mine seismic prediction; fault complex geological structure

在礦井建設和生產過程中，存在著各種影響安全生產的地質因素，如煤巖體中的斷層構造、陷落柱、采空區及含水異常等，這些因素嚴重影響并制約著礦井安全生產進度，甚至造成重大的安全生產事故。近年來地球物理探測技術的快速發展以及探測手段的日益成熟，為精確探測礦井內復雜地質構造體提供了有效手段。煤礦井下探測空間有限，且物探方法具有多解性，單一方法很難對構造體進行準確判斷，其分辨能力低。因此對于復雜構造的探測與解釋更需要多種物探方法的綜合運用，并且對各種探測結果進行綜合對比分析，進而提高對地質體判斷的準確性。通過在構造復雜區域進行探測布置，綜合對比不同探測方法的探測結果，可有效地查明目的區域內地質構造的展布狀況，為煤礦安全高效生產提供可靠的技術保障［1-5］。

袁店二礦屬于袁店井田西半部，井田內斷層較多。其中高長營子斷層是位于井田東部的一條正斷層，有12條分支斷層，走向北東—北，傾向北西—西，傾角55°～65°，落差440～560 m，向兩端展布出邊界。F高-7正斷層是高長營子斷層的一條分支斷層，走向東—北東，傾向北—北西，傾角60°～70°，落差110 m。兩端分別被WF4、高長營子斷層切割。在袁店二礦巷道掘進過程中，F高-7斷層在大巷穿過地點落差達到100 m，其中南翼回風大巷、運輸大巷、軌道大巷均過該斷層，且在81采區回風上山(現為7211工作面風巷)35勘探線附近受DF4斷層影響，72煤與10煤間距變小，存在灰巖水突出威脅(見圖1)，圖中陰影部分為進行物探探測巷道分布區域，這些巷道受F高-7斷層影響較大。

1 綜合物探技術

11 瞬變電磁超前探測

瞬變電磁法是利用不接地回線(線圈)或接地導線發射脈沖電流作為場源，以激勵探測目的物感生的二次電流，在發射脈沖的間隙利用回線或接地電極測量二次場隨時間變化的響應。根據二次場衰減曲線的特征，就可以判斷地下地質體的電性特征、規模和產狀等，達到解決地質問題的目的。因此，瞬變電磁作為一種時間域的人工源地球物理電磁感應探測方法，是根據地質構造本身存在的物性差異來間接判斷相關地質現象的一種有效地質勘探手段。

發射電流關斷后不同時刻地下等效電流環的分布如圖2所示，等效電流環像從發射回線中“吹”出的一系列“煙圈”，因此，人們將地下渦旋電流向下、向外擴散的過程形象的稱為“煙圈效應”。“煙圈”的半徑r、深度

12 礦井震波超前探測

礦井震波超前探測是應用地震波在傳播過程中，遇到不均勻地質體(存在波阻抗差異)時會發生反射的原理，結合巷道特點設計的沿巷道后方布置震源和傳感器，來探測巷道前方地質和水文地質條件的觀測系統［7］。震波是由特定位置進行小型爆破產生的，爆破點一般是沿巷道左(右)幫平行洞底成直線排列，這樣由人工制造一系列有規則排列的輕微震源，形成地震剖面。這些震源發出的地震波在遇到地層層面、節理面、特別是斷裂破碎界面和溶洞、暗河、巖溶陷落柱、淤泥帶等不良界面時，將產生反射波。通過對地震剖面的偏移處理獲得前方地質體的反射能量反應，并進行地質解釋。

2 探測技術的應用

2009年7月至2010年8月期間，分別在袁店二礦-535南翼回風大巷、-560南翼軌道大巷、81采區回風石門、81采區7211工作面風巷進行了9次井下綜合超前探測；另在81采區回風上山7211工作面風、機巷進行了7次單一方法超前探測。通過對探測巷道前方煤巖體的構造情況以及富水性綜合預報， 主要對巷道施工時受影響的F高-7斷層和DF2斷層的構造位置、賦水狀況進行評價分析，取得了良好的效果。為此選取其中一次探測工程，對斷層復雜構造區物探技術的應用進行分析研究。

據已知地質資料分析， 現場在探測巷道(-560 m南翼軌道大巷)內布置測線，其中在左、右幫各布置3個測點，測點間距為5 m；巷道正迎頭方向布置6個測點，測點間距為05 m，兩拐角處各布置1個測點；單次探測總共布置14個測點。每個測點處做頂板、順層、底板方向探測(見圖3)。

圖3 瞬變電磁觀測系統布置圖

將瞬變電磁探測電阻率進行反演，從反演結果中(見圖4)可以看出，剖面中電阻率橫向上10～100 m范圍內整體電阻率值較高，表明探測巷道迎頭前方100 m范圍掘進段巖層整體賦水性差。而巷道兩幫均采用錨網支護，其對探測有較大影響，故在電阻率反演剖面中，兩幫表現為相對低阻。

圖4 瞬變電磁法超前探測結果圖

根據巷道地質條件，現場同時采用了礦井震波超前探測技術(Mine Seismic Prediction，MSP)進行了探測。礦井MSP探測在迎頭有限空間內展開，采用炸藥震源。測線布置右幫上，共設置右幫炮孔20個；接收傳感器點為2個即C1和C2(見圖5)。設計炮間距2m。其中C1傳感器距離P20號炮點15 m，C2點距C1傳感器5 m。

圖5 MSP觀測系統布置圖

MSP探測偏移能量剖面如圖6所示，其中各個相位波組特征明顯。-560 m南翼軌道大巷D7+95 m當日迎頭點起至前方142 m范圍內，共存在2組主反射異常段，即GR1、GR2界面。其中在迎頭前方35~47 m段存在GR1異常界面，在迎頭前方90~110 m段存在GR2異常界面，且每一組界面影響范圍達10 m左右。結合地質資料分析GR1界面可能存在巖性相變、巖層較為破碎；GR2界面可能為斷層構造異常位置。

3 掘進驗證分析

通過對-560 m南翼軌道大巷迎頭進行的瞬變電磁探測并分析認為，當日迎頭前方100 m掘進段巖層整體電阻率值較高，其含水性相對較弱。后經掘進實際驗證：本段探測區域內迎頭前方基本無水，巷道安全掘進通過。MSP探測結果是：當日迎頭前方15～20 m范圍內有異常界面；在35～47 m段存在GR1異常界面；在90～110 m段存在GR2異常界面，且每一組界面影響范圍達10 m左右；后經掘進驗證，迎頭前方15～20 m范圍內的異常區為破碎帶；GR1異常界面是由一正斷層造成的異常反應；GR2異常界面是由煤線引起的異常反應。

袁店二礦地質異常區綜合超前探測結果表明：MSP探測技術可直接對巷道前方地質構造界面進行探測與預報，確定其位置及極性特征，有效控制距離在120m左右；而在復雜地質區域，采用與瞬變電磁等方法相結合，可進行綜合超前探測，其較大的提高了對構造復雜區域前方不良地質構造的預報精度，綜合預報準確率達82％以上。

4 結束語

隨著礦井開采深度增加，各種地質問題變得相對復雜，綜合使用物探技術將對復雜構造探查起到重要的作用，是未來礦井探測技術研究與應用的方向。袁店二礦地質異常區綜合超前探測結果表明，礦井震波超前探測技術可直接對巷道前方地質構造界面進行探測與預報，確定其相對準確位置及特征；而結合瞬變電磁等方法綜合超前探測，可進一步提高對前方不良地質構造的預報精度。根據現場地質條件，選擇合適的綜合物探技術，結合地球物理中地震波屬性、電性參數，做好對地質異常體的分辨的標準試驗研究，為礦井安全生產提供更為有性的技術參數和保障。

參考文獻：

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(責任編輯：何學華，范 君)