綜合物探工藝在礦井水害防治中的應用

河南陜縣義煤集團 觀音堂煤業(yè)有限公司 郝東青 孫保紅 朱長遠

綜合物探工藝在礦井水害防治中的應用

河南陜縣義煤集團 觀音堂煤業(yè)有限公司 郝東青 孫保紅 朱長遠

義煤集團觀音堂煤業(yè)有限公司位于河南義馬礦區(qū)西部的陜澠煤田，礦井正常涌水量為130～150 m3/h,最大涌水量260 m3/h，礦井水文地質類型為中等，主采煤層為二疊系山西組二煤，礦井主采區(qū)承受奧灰水壓2.2～3.5 MPa，礦井開采過程中主要受到底板承壓奧灰水和老空水的威脅。對此，觀音堂煤業(yè)公司綜合應用三維地震勘探、直流電法勘探、瞬變電磁等多種物探手段，取得了理想的勘探效果。

一、物探技術工藝探析

1.三維地震勘探。三維地震勘探技術是近幾年發(fā)展起來的地面勘探工藝。該工藝勘探范圍大，對控制區(qū)域內斷層的走向、落差等項目探測精度較高，能更準確可靠地探測出影響礦井安全生產的地質構造及水文地質問題。觀音堂煤業(yè)有限公司在25采區(qū)應用該方法進行了地質勘探，控制了該區(qū)二1煤層斷層12條，其中，落差大于100 m的1條，落差大于5 m小于10 m的6條，落差小于5 m的5條，并對采區(qū)內的斷層走向及落差作了標定，同時給出了奧灰頂界面形態(tài)及富水分布圖等，為采區(qū)內采掘工作面工程布置及提前進行水害防治提供了可靠的地質保障。

2.直流電法勘探。直流電法勘探以煤、巖層的導電性差異為基礎，人工向地下供入穩(wěn)定電流，以觀測大地電流的分布規(guī)律，從而確定巖、礦體物性（如貧、富水區(qū)域）的分布規(guī)律或地質構造（如斷層、裂隙發(fā)育區(qū)）的特征。其中單極偶極裝置主要用于巷道掘進頭超前探測，采用的工作布置方式為A1→A2→A3→M和N→B（#）：A1位于掘進頭處，位置固定不動用于向巖層供電；B極位于無窮遠處；M、N為測量電極，沿巷道移動探測地電場電壓。觀音堂煤業(yè)有限公司主要應用直流電法單極偶極裝置超前探測，以防范巷道掘進頭前方斷層破碎帶水和老空水，取得了良好的成效。在實際工作中，預計19020掘進工作面14 m后進入原19040采空區(qū)，為探明老空區(qū)是否積水，進行了直流電法單極偶極超前探測，探測結果顯示正頭前方14～20 m為明顯高阻，是不含水采空區(qū)的顯著特征，后經掘進，正頭前方13 m進入采空區(qū)，采空區(qū)無水。探測結果如圖1所示。

在25050上改造切眼掘進工作面，預計正頭前方30～40 m有一落差10～20 m的斷層，為探明斷層的賦、導水性，觀音堂煤業(yè)有限公司進行了直流電法超前勘探，探測結果顯示，前方32～36 m段為明顯低阻異常區(qū)，即斷層具有一定的含、導水性，且與原19090采空區(qū)接近，老空水量較大，盲目探放水危險性較大，于是立即停止掘進，留設了防水煤柱，變方向做改造上巷，從而避免了一場水災事故的發(fā)生。探測結果如圖2所示。

3.瞬變電磁法勘探。井下瞬變電磁法是利用不接地回線向地下發(fā)射不同頻率的電磁脈沖進行探測的一種方法。該脈沖的下降沿產生變化的一次場并向周圍空間擴散，即一場場；該一次場進入地下導電介質時便產生隨時間變化的二次場，低電阻率地質體如導含水陷落柱、導水斷層、金屬礦體等能引起較強且衰減慢的二次場，而貧水區(qū)等高阻體會引起較弱且衰減快的二次場，通過對該二次場的觀測和反演解釋，便可以獲得地下介質的電導率值、電性分層、厚度變化、電性體埋深和產狀以及地下電性結構等有關信息。觀音堂煤業(yè)有限公司25040工作面在回采過程中發(fā)生底板出水，為查明出水水源，對工作面上巷進行了瞬變電磁勘探，勘探結果如圖3所示。

由圖3可知，25040工作面相對低阻異常區(qū)主要有三段：其中標尺43～60 m段低阻區(qū)與深部溝通，回采時可能發(fā)生底板突水；95～105m段和185～197 m段均導高相對較大但范圍不大且僅位于淺部、與深部無溝通，回采時存在發(fā)生少量底板突水的可能性，但對工作面回采影響較小。經對標尺43～60 m段進行鉆探查證，僅在太原組灰?guī)r段有少量出水，工作面已安全回采結束，出水量也減少為7～8 m3/h。

二、結論

由于物探方法存在的多解性及解決問題、適用條件的局限性，依靠單一物探手段往往會出現(xiàn)誤判、漏判現(xiàn)象，很難取得理想的地質勘探效果。綜合采用科學、合理的物探工藝，多種物探手段相互驗證、互為補充，不僅有助于物探方法自身作業(yè)的充分發(fā)揮，更能快速準確查明礦井水文地質條件，為礦井水害防治工作提供重要依據。