井下綜合物探技術在防治水中的應用

武 威

（西山煤電（集團）有限責任公司 地質處，山西 太原 030053）

礦井水災隱患是煤礦生產中經常遇到的礦井致災隱患中最主要的一種。隨著西山礦區各礦井開采深度的加大，開采條件越來越復雜，水害隱患成為制約礦井安全生產的一個重要因素。而礦井物探技術作為一種礦井突水預測和超前探測的方法也被提出更高的要求。單純的一種礦井物探方法在突水預測、超前探測技術上存在一定的局限性，近年來，隨著物探技術的發展和進步，利用綜合物探技術即運用多種物探手段來進行預測預報，正在成為一種行之有效的方法，主要被應用于富水性探測、采空區積水探測等方面。本文通過對古交運煤通道井下綜合物探，找到了運煤通道底板下沉原因，通過打鉆驗證，說明了井下綜合物探技術是一種有效的探測方法。

1 井下綜合物探技術

礦井突水是由采動引起的一種復雜地質現象，是煤層下伏承壓水或相鄰采空區的老窯水在煤層采空影響下沖破底板隔水層、防水煤柱，以突發、緩發或滯發的形式進入到巷道和回采工作面，會造成回采工作面甚至礦井被水淹沒的災害。

針對有水害隱患的區域，必須利用物探技術進行富水性探測。而只利用一種物探方法進行探測時，會存在一定的局限性，例如瞬變電磁法在確定低阻異常區上有著非常強的優勢，但是在距離的準確定位上存在不足，瑞利波法能夠準確找到分界面，恰好能夠彌補瞬變電磁距離上的不足。目前，應用于礦井突水預測的地球物理技術主要有礦井瞬變電磁法、井下高密度探測、井下瑞利波探測、音頻電透視法和無線電磁波透視法、礦井直流電阻率成像技術等。本文主要介紹應用礦井瞬變電磁法和井下瑞利波探測進行預測、預報。

1.1 瞬變電磁法

礦井瞬變電磁法是一種非接觸式探測方法，它利用不接地回線裝置向探測空間的煤巖體中發射一次場電磁波，通過測量煤巖體中電性不均勻體所感應產生的二次場隨時間的變化，從而達到探查各種低阻地質目標體的目的。該方法主要應用于巷道掘進前方超前預測預報、探測回采工作面內已知斷層、陷落柱含（導）水性和采空積水區范圍的探測等。

1.2 瑞利波法

瑞利波探測法是通過人工激發地震波，再利用檢波器采集所發射波攜帶的地質信息來分析判斷。瑞利波探測技術是利用不同振動頻率的瑞利波在傳播方向上的衰減差異，探測地質異常體和地質構造，是地質預測預報的一種重要物探手段。它能夠準確地判定異常界面，對準確劃定異常范圍有很大的幫助。目前該方法的探測深度可在3～80m.

2 應用實例

古交地下運煤通道東起東曲礦工業廣場，西至屯蘭礦工業廣場，整體由兩端斜井和中間水平皮帶運輸大巷組成，走向為近東西向，總長約7918m，東曲斜井落平標高896m.

西山煤電集團公司古交電廠燃料運輸通道工程東曲段掘進里程到達700m時，后方巷道（東曲445 m標段）底板出現局部下沉現象，嚴重影響了工程的正常施工，并且存在重大水突隱患，必須及時采取防治措施。

為了查明運煤通道東曲段445m標段巷道底板的結構，以及巷道底板的沉陷原因，對運煤通道東曲段445m標段進行綜合物探施工。施工選用的物探方法為瞬變電磁法和瑞利波法兩種物探方法。

2.1 儀器參數及施工方法

1）瞬變電磁法。

此次數據采集選用的儀器為YCS40本安型瞬變電磁儀，工作裝置采用重疊回線裝置。儀器施工參數如下：

發射電壓：7V 發射線框的邊長：2.0m

發射頻率：8.3Hz 匝數：9

疊加次數：32 接收回線邊長：2.0m

測道數：40 匝數：18

2）瑞利波法。

根據現場施工條件和場地范圍，確定了本次瑞利波探的測道間距△x選取1m，探測模式采用深層模式（見圖1）.此次探測選取4個點進行瑞利波探測，分別為452m 標段、448.5m標段、445m 標段和441.5m標段。

圖1 瑞利波探測布置示意圖

2.2 資料處理解釋

1）瞬變電磁法資料解釋。

資料處理后得到了運煤通道，340～450m標段的視電阻率斷面圖見圖2，最大探測深度約為100m，圖2中視電阻率值＜5MΩ為視電阻率值低的強富水區。通過對圖2分析得出：運煤通道東曲段445m處有一區域與周圍圍巖存在明顯差異，可能為一結構疏松的賦水錐體。

圖2 此次瞬變電磁探測視電阻率擬斷面圖

2）瑞利波法資料解釋。

瑞利波探測共布設4個點，第一個點位于452m標段，第二個點位于448.5m標段，第三個點位于塌陷區正上方445m 標段，第四個點位于441.5m標段。

瑞利波探測點成果圖見圖3，從圖3可以看出，1號測點的分層曲線一致性較好，2號測點的分層曲線一致性較差，3號測點和4號測點幾乎看不到分層曲線，可能為裂隙帶。

圖3 瑞利波探測點成果圖

通過上述兩種方法綜合分析得出：運煤通道東曲段445m標段，8～60m深度范圍內有一處物探異常，可能為一結構疏松，與周圍圍巖存在明顯差異的賦水錐體，經過礦方打鉆驗證，巷道底板下方為一富水區域。

3 結 論

不同的地球物理探測技術都有其一定的局限性，通過多種物探技術對同一工作面進行探測能夠揚長避短，更能夠準確解釋各種異常體，找到異常體位置，為礦井安全生產提供幫助。集多種物探技術與一體的綜合物探技術正在成為一種井下物探新方法，廣泛應用于礦井井下物探。