山西古交礦區(qū)瞬變電磁法解釋參數(shù)研究

郭盛彬

（西山煤電集團(tuán)公司，山西 太原 030053）

礦井主要充水水源為煤層底板奧陶系碳酸鹽巖含水層和煤層頂板太原組灰?guī)r裂隙含水層。奧灰峰峰組水位標(biāo)高860～880m，8號煤底板標(biāo)高576.5～859.7m，下組煤全區(qū)帶壓，最大帶壓3.1MPa，煤層開采受到奧灰承壓水威脅。屯蘭煤礦相鄰的馬蘭煤礦和武家莊煤礦曾發(fā)生過陷落柱和斷層導(dǎo)通奧灰水的突水事故。煤層頂板太原組灰?guī)r裂隙含水層在礦井北部靠近汾河區(qū)域富水性好，含水層受地表水補(bǔ)給，回采工作面局部富水區(qū)最大涌水量達(dá)到80m3/h，對生產(chǎn)影響較大。曾經(jīng)發(fā)生過無計劃揭露斷層導(dǎo)致瓦斯超限，對構(gòu)造和富水異常區(qū)的超前探測十分重要。結(jié)合近幾年屯蘭煤礦瞬變電磁超前物探的采勘對比總結(jié)得出的解釋參數(shù)，以掘進(jìn)工作面超前物探作為驗(yàn)證，對古交礦區(qū)屯蘭煤礦地層電性參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

1 地質(zhì)概況

古交礦區(qū)屯蘭煤礦地處西山煤田西北部，為典型的華北型石炭二疊系煤田。井田整體構(gòu)造形態(tài)為一單斜構(gòu)造，地層走向NW30～60°，傾向SW，傾角5～10°，主采2、8、9號煤層。井田內(nèi)陷落柱和斷層較發(fā)育，至2017年底共揭露落差5m以上斷層共79條，陷落柱149個。

2 儀器與施工方法

2.1 儀器

本次探測使用儀器為飛翼股份有限責(zé)任公司研制的YCS160型瞬變電磁測深儀，YCS160礦用瞬變電磁儀對低阻充水破碎帶反映特別靈敏，體積效應(yīng)小，縱橫向分辨率高，且具有施工方便、快捷、效率高等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，既可以用于煤礦掘進(jìn)頭前方，也可以用于巷道側(cè)幫、煤層頂、底板等探測，為煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中水患和導(dǎo)水構(gòu)造的超前預(yù)測預(yù)報提供技術(shù)手段（表1）。

表1 YCS160型瞬變電磁測深儀相關(guān)參數(shù)

2.2 施工方法

探測方向沿工作面掘進(jìn)方向進(jìn)行探測，根據(jù)多匝小回線發(fā)射電磁場的方向性，可認(rèn)為線框平面的法線方向即為瞬變電磁探測方向[4]。因此，將發(fā)射、接收線框平面分別對準(zhǔn)工作面正前方180°范圍內(nèi)進(jìn)行探測（圖1），即以垂直左幫為起點(diǎn)，順時針旋轉(zhuǎn)180°（共11個發(fā)射點(diǎn)）至垂直右?guī)吞綔y結(jié)束。

3 探測結(jié)果分析

3.1 超前物探探測結(jié)果

（1）圖1是12412軌道順槽G4#點(diǎn)前103～193m瞬變電磁探測視電阻率平面圖，顯示右手幫70～100m處存在低阻異常區(qū)（最低阻值5Ω·m），推測為煤層頂板砂巖裂隙水。掘進(jìn)前方50～60m處顯示有高阻異常（最高阻值280Ω·m），預(yù)計揭露構(gòu)造。

圖1 G4#點(diǎn)前103～202m瞬變電磁探測視電阻率圖

（2）圖2是12412軌道順槽7#點(diǎn)前141～231m瞬變電磁探測視電阻率平面圖，根據(jù)探測資料分析向前90m范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯低阻異常區(qū)。30～40m處顯示有高阻異常（最高阻值280Ω·m），預(yù)計會揭露地質(zhì)構(gòu)造。

（3）圖3是22111皮帶順槽4#點(diǎn)前74～164m瞬變電磁探測視電阻率平面圖，探測資料顯示向前左側(cè)幫橫軸40～100m、縱軸0～30m存在低阻異常區(qū)（最低視電阻率阻值5Ω·m）。25～35m處有高阻異常（最高阻值265Ω·m），預(yù)計會揭露地質(zhì)構(gòu)造。

圖2 7#點(diǎn)前141～231m瞬變電磁探測視電阻率圖

圖3 4#點(diǎn)前74～164m瞬變電磁探測視電阻率圖

（4）圖4是北一下組煤軌道巷G12#點(diǎn)前130～220m瞬變電磁探測視電阻率平面圖，探測資料顯示方向向前右?guī)?0～75m范圍內(nèi)為低阻異常區(qū)（最低阻值為3Ω·m），預(yù)計向前50～75m頂板低阻異常為灰?guī)r裂隙水影響造成。

圖4 G12#點(diǎn)前130～220m瞬變電磁探測視電阻率圖

3.2 超前探異常區(qū)驗(yàn)證情況

（1）對12412軌道順槽G4#點(diǎn)前探測到的低阻異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，施工一個探放水鉆孔鉆進(jìn)80m至異常區(qū)后孔內(nèi)有水涌出，水量約3m3/h。取水樣進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果為頂板砂巖裂隙水，待放水結(jié)束后巷道正常掘進(jìn)。施工探構(gòu)造孔對掘進(jìn)前方50m處高阻異常區(qū)進(jìn)行探測，打鉆后判斷為斷層。

（2）對12412軌道順槽7#點(diǎn)前約181m處探測到的高阻異常進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，鉆孔揭露情況表明有斷層存在。

（3）對22111皮帶順槽4#點(diǎn)前約120m處的低阻異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，施工一個放水孔進(jìn)尺50m至異常區(qū)后孔內(nèi)有大量水涌出，水量約10m3/h。取水樣進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果為頂板砂巖裂隙水，待放水結(jié)束后巷道正常掘進(jìn)。施工探構(gòu)造孔對掘進(jìn)前方約30m處高阻異常區(qū)進(jìn)行探測，打鉆后判斷為斷層，

（4）對北一下組煤軌道巷G12#點(diǎn)前160m處的低阻異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，施工一個放水孔進(jìn)尺60m至異常區(qū)后孔內(nèi)有大量水涌出，水量約15m3/h。取水樣進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果為頂板太原組灰?guī)r裂隙水，待放水結(jié)束后巷道正常掘進(jìn)。

超前物探在屯蘭煤礦安全生產(chǎn)保障方面發(fā)揮著重要的作用。在防治水方面對前方富水異常區(qū)探測結(jié)果分析對比，認(rèn)為在5Ω·m以下的為低阻異常，因此把5Ω·m作為低阻異常的門檻值，在礦井其他工作面的超前探測中證明其劃分是可行的。

地質(zhì)構(gòu)造對于礦井的安全生產(chǎn)有著十分重要的影響，所以準(zhǔn)確探測并預(yù)報地質(zhì)構(gòu)造是十分關(guān)鍵的。研究認(rèn)為視電阻率高于200Ω·m可解釋為陷落柱，達(dá)到260Ω·m可解釋為斷層（表2）。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)過對工作面超前瞬變電磁探測結(jié)果的驗(yàn)證以及探采對比分析，認(rèn)為古交礦區(qū)低阻異常區(qū)的門檻值為5Ω·m，高阻異常區(qū)的門檻值為200Ω·m，高于200Ω·m，可解釋為陷落柱，當(dāng)達(dá)到260Ω·m時可解釋為斷層。此研究成果在研究區(qū)其他工作面超前探測應(yīng)用中取得了較好的效果，提高了超前物探的準(zhǔn)確程度。

（2）超前物探中應(yīng)加強(qiáng)采勘對比工作，確定區(qū)域異常區(qū)門檻值，提高超前探測解釋精度，此方法在該區(qū)域?qū)嶋H應(yīng)用中證明是可行的。

表2 古交礦區(qū)地層電性參數(shù)值表