物探技術在悅昌煤礦防治水中的應用研究

韓曉麗，段計偉

（大同煤礦集團永定莊煤業有限責任公司，山西 大同 037024）

1 概述

山西霍州煤電洪洞悅昌煤業為多個小型煤礦組合而成的資源整合礦井，在水害治理問題上存在地質資料不詳細、采空巷道無規律、老空積水量不詳等諸多問題，這些問題的存在是直接威脅礦井技改工程施工安全的重要因素之一。因此，準確預測預報回采工作面富水的異常區域，對于礦井及時制定有效的各項防治水措施顯得極其重要。井下存在地質構造破壞帶、異常地質體時，其巖、煤層密度、磁性、電阻率、彈性波傳導速度、放射性及熱導率等物理場變化與正常情況的物理場存在差異，所以，利用現有物探方法采集物理場變化并與正常情況的物理場相比較，找出差異，對摸清礦井頂底板導（含）水情況，排除礦井水害隱患具有的重大應用價值。

2 工作面物探技術應用分析

悅昌煤業主采10＃和11＃煤層，由于該礦井內各煤層均處于奧灰水位之上，不存在奧灰水帶壓開采威脅。經礦井充水因素分析：10＃、11＃煤層主要水害為煤層頂板石灰巖、砂巖裂隙水、上覆采空區積水和同層采空區積水。根據礦井生產實踐經驗和對水害情況的分析，并依據《煤礦防治水規定》中的礦井水文地質類型劃分原則，確定礦井水文地質類型為復雜類型。根據工作面預測水文地質情況，確定選擇使用瞬變電磁法、探地雷達、音頻電透視法、直流電法底板測深等物探手段對10-101綜采工作面水文地質情況進行綜合探查，以查明工作面及頂底板一定范圍內含水層的富水性及隱伏導水構造。

2.1 瞬變電磁探測分析

本次礦井瞬變電磁法勘探采用重疊回線裝置，采用多匝1.5m×1.5m 矩形回線，發射線框10匝，接收線框24匝。疊加次數為32次，時間采用標準時間序列。該次探測測點布置于10-101、10-102巷、10-101切巷順層及底板方向，工作面后300m，對外側也進行了探測，瞬變電磁法探測時，以10 m 的點距布置測點，共布置物理測點403個。

根據礦井瞬變電磁場擴散特征，探測上、下部垂向深度與水平深度近似相等。根據TEM 視電阻率擬斷面圖，綜合地質和水文地質資料，分析判別沿橫向和探測正前方電性變化情況。圖1為10-101巷450～730m 工作面外部下10°（L2線）視電阻率等值線，分析可知：在沿10-101巷450～730m 工作面外部下10°探測時，相對ρs視電阻率值總體變化較大，發現一處明顯的低阻異常區，編號為3＃異常區。3＃異常區位于630～740m，工作面外10°下40～105m 范圍內，結合工作面地質條件推斷3＃異常區可能受外部小窯采空區影響。

圖1 10-101巷450～730m 工作面外部下10°（L2線）視電阻率等值線

2.2 探地雷達探測分析

為探測10-101工作面底板下2＃煤層采空區，自10-101巷56號測點到測距切巷口20m 的155m 的長度范圍內布置154個測點，探測結果見圖2。結果表明：探測底板范圍內，沒有大的明顯的強反射回波，但是反射回波不均勻。從整個成果圖上來看，分別在25～35m、50～60m、90～100m、130～154m 附近位置出現反射回波變化情況，波形的變化是由于底板下2＃煤層采空區積水影響產生的。

圖2 探地雷達探測效果

2.3 音頻電透視分析

通過音頻電透視技術對10-101 工作面1 號煤層底板下0～70m 界面進行探測，得出10＃煤底板下方0～70 m 深度范圍內電導率值橫向分布情況（見圖3）。巖層的電導率值在0.5～11S間變化，平均值為4.75S，標準偏差為0.83S，依據劃分異常的標準，即大于2.3S的區域為相對低阻（高電導）異常區，其中1個視電導率值≥2.4S的異常條帶，統一編號為“1＃異常區”，異常區以黃顏色表示，顏色越深，異常幅度越強，由圖3可知：1＃異常區位于距離切巷50m 范圍工作面內部，異常的范圍較大，幅值較強，推斷該異常區受下部2＃煤采空區影響。

圖3 1-1011工作面底板下0～70m 界面附近成果

2.4 物探結果分析

本次物探工作共采取了瞬變電磁法、探地雷達、音頻電透視三種勘探方法重點對10-101工作面后部隱伏構造及小窯采空破壞區進行探查。每一種物探方法都圈出異常區，反映出工作面的隱伏構造及采空區破壞范圍，對各個物探方法進行綜合分析，形成工作面綜合物探結論如下：

（1）通過對各種探測成果進行綜合對比分析，悅昌煤礦10-101工作面主要異常集中在切眼向外150m 區段。

（2）10-101順槽切眼段向外50m 區段往工作面向里80m 區段是本工作面最危險的區段之一。此區域在多種物探方法上均有反應，異常在本工作面的探測中較為強烈，由于本區域靠近小窯采空區域，因此危險性較大。

（3）在10-101順槽切眼段向外150m 區段，本次綜合探測均有異常情況出現。通過物探，該區域為次級異常區段。

3 工作面鉆探結果分析

根據101巷北側物探成果中異常區位置關系，對10-101切巷北側煤體進行鉆探，共施工鉆孔90個，鉆探進尺9013.8m。共計探測出10＃煤采空體1個，11＃采空體13個，根據物探、鉆探資料分析：在101探巷北側的第一區域東部及第二區域分布有原小煤窯的巷道；對10-101工作面外圍及內側的3處異常區進行了鉆探，本次鉆探共施工了9 個鉆孔，其中工作面外圍施工4 個鉆孔，累計進尺270.4m，內側施工5個鉆孔，累計進尺518.2m，所有鉆孔均無出水；根據101工作面頂板瞬變電磁物探報告，對101工作面頂板3個異常區進行鉆探驗證，共施工8個鉆孔，鉆探進尺940m，均無出水（見圖4）。

圖4 10-105工作面頂板異常區鉆探布置

通過本次對10-101 工作面頂板、外圍、內側的底板及10-101切巷北側110m 范圍內進行了鉆探，累計施工鉆孔117個，累計進尺19097.6m，根據鉆孔揭露，3＃煤距101工作面的平均垂距為87.06，不導水，地質及水文地質情況基本清楚，頂板煤巖層基本穩定，無大的含水構造，可安全進行工作面回采。

4 結語

1）在煤礦地質災害防治中使用綜合地球物理勘探方法探查水文異常區，并對物探異常區進行鉆探驗證，可以有效查明工作面地質及水文地質情況，以采取有效地防治水手段，指導礦井安全生產。

2）根據101工作面綜合物探結果報告，對101工作面頂板3個異常區進行鉆探驗證，共施工8個鉆孔，鉆探進尺940m，均無出水，10-101工作面可安全進行工作面回采。