物探與鉆探相結合在恒寶源煤業(yè)巷道超前探測中的應用

牛亮紅

0 引言

隨著時代變革與國內(nèi)經(jīng)濟的高速發(fā)展，工業(yè)化水平穩(wěn)步上升，對能源的需求也逐年增加。礦井開采條件的日益復雜，礦井受水害的威脅更是日益嚴重，尤其對地質條件特別復雜的資源整合礦井。本文以恒寶源煤業(yè)為例，實踐驗證了一套礦井直流電法與瞬變電磁法探測結合鉆探超前探測驗證的掘進巷道超前探測技術，探查巷道掘進前方的導含水構造（斷層），并對異常區(qū)進行治理，為巷道安全掘進提供可靠的地質資料，為減少水害隱患有著不可估量的意義。

1 概況

大同煤礦集團恒寶源煤業(yè)有限公司是按照山西省煤礦企業(yè)兼并重組整合工作領導組辦公室晉煤重組辦發(fā)【2009】21 號文件兼并重組整合而成的。礦井2011年4月18日開始建設，2014年9月28日完成礦井大驗收正式轉入生產(chǎn)礦井。批準開采4#—11#煤層，生產(chǎn)規(guī)模90 萬噸/年。2016年4月劃歸朔州煤電公司管理。礦井位于朔州市朔城區(qū)下團堡鄉(xiāng)上磨石溝-白家窯村一帶，礦井東南距下團堡鄉(xiāng)8 km，距大（同）—運（城）二級公路10 km，距朔州市16 km，行政區(qū)隸屬朔州市朔城區(qū)下團堡鄉(xiāng)管轄。

9#層2201 順槽布置在黨家廟保護煤柱南，井工業(yè)廣場北之間的溝谷荒坡，北部為平魯黨家溝煤礦，西部為露頭煤層風氧化帶,東部與西沙河煤礦相鄰，南部為本礦工業(yè)廣場。本井田位于寧武煤田平朔礦區(qū)西部，總體為褶曲構造形態(tài)，位于本井田S1向斜，軸向近南北，向北傾伏，東翼地層傾角為11°-14°，西翼地層傾角為22°-45°。9#煤層屬穩(wěn)定煤層，結構較簡單，平均厚度為13.65 m，含1～6層夾矸，夾矸巖性為炭質泥巖，總計夾矸厚度2 m，夾矸巖性多為泥巖、炭質泥巖、粉砂巖，煤層凈厚度為11.56 m。該巷位于二采區(qū)9#煤層北翼，為9#層二采區(qū)8201 工作面皮帶進風順槽，其設計長度879 m，坡度5°～10°，掘進方位270°，南部為9#層5201回風順槽，東部為二采區(qū)巷道和F2逆斷層。該巷道。服務年限至9#層8201工作面開采結束為止。

2 物探方法原理及實踐

2.1 瞬變電磁法

瞬變電磁法是利用地殼中巖石與礦石的導電性差異為主要物質基礎，由不接地回線或接地線源（電極）通以脈沖電流做為場源，在一次脈沖磁場的間歇期間，感應電流由于熱損耗而隨時間衰減，通過測量斷電二次場隨時間變化的響應，從而達到了解介質的電性變化情況的目的。

本次礦井瞬變電磁法勘探試驗采用加拿大GEONICS公司的PROTEM CMX瞬變電磁儀施工，布置沿9#層2201 巷R14 點前43 m 處布置三個不同方向探測的測線，每條測線13 個物理點，總計探測39 個物理點。現(xiàn)場發(fā)射機采用內(nèi)置12 V 電池，電流1.3 A，發(fā)射頻率25 Hz 發(fā)射框與接收框間距6 m；發(fā)射框尺寸1 m×1 m，接收線框為1D 線框。積分時間30 s，數(shù)據(jù)采集采用30門。數(shù)據(jù)處理分析結果如圖1。

圖1 9#層2201巷R14點前43 m處超前探視電阻率探測

圖1為9#層2201 巷R14 點前43 m 處超前探視電阻率探測圖，分別為0°方向，斜向上15°方向,斜向下15°方向。圖中紅色虛線所圈范圍為低阻異常區(qū)。且圖中低阻異常區(qū)特征較強，低阻異常范圍較大。

2.2 直流電法

直流電法超前探測主要是依據(jù)單極—偶極電阻率法測量原理，利用單點電源A供電，另一供電電極B置于“無窮遠”，點電源A 形成的等電位面為球面，通過觀測測量電極M、N 之間的電位差，該電位差為MN 所夾球殼內(nèi)巖體的綜合電性響應。

圖2 直流電法超前探測

本次探測采用西安博深公司生產(chǎn)的YTD400(A)直流電法全方位物探儀，由于工作面迎頭有大量積水，對探測數(shù)據(jù)精確度有一定影響。且由于巷道距離不夠，只采集15 個物理點。勘探試驗施工布置為，沿9#層2201巷R14點前43 m處掘進頭布置測線1條，每條測線15 個物理點，每個物理點探測3 次，總計探測45 個物理點。

圖3 數(shù)據(jù)處理分析結果

圖3為9#層2201 巷R14 點前43 m 處超前探視電阻率探測圖，圖中紅色虛線所圈范圍為低阻異常區(qū)。圖中低阻異常區(qū)低阻異常特征較弱，低阻異常范圍較小。該處異常區(qū)疑為迎頭大量積水引起的低阻異常。

3 探測效果分析

本次探測起點位置在巷道掘進至94 m 位置。瞬變與直流電法探測結果分析，探測目標區(qū)低阻異常區(qū)域特征較強，結合水文地質資料及現(xiàn)場地質情況分析在迎頭前方45 m左右為巖層電性變化較明顯異常區(qū)，重合異常區(qū)可能相對富水性大，可能為較大斷層等地質構造引起。需鉆探驗證，并為后續(xù)施工探明條件。

4 施工鉆探地點及鉆機參數(shù)

施工鉆探地點在9#層2201 順槽巷掘進工作面迎頭，采用ZYJ-800/190型架柱式液壓回轉鉆機開孔，電機功率22 kW，鉆桿使用直徑42 mm 鉆桿，開孔采用65 mm鉆頭鉆進。鉆孔參數(shù)見表1。

表1 鉆孔參數(shù)

圖4 鉆孔鉆探施工布置

5 結果分析

通過分析物探與鉆探的相吻合的結果，推斷9#層2201順槽在以270°方位掘進到140 m～170 m處將揭露的落差50 m 左右的F10 正斷層,施工單位在過斷層時可據(jù)實探查結果及時調整掘進作業(yè)方案必要的采取措施加強支護，并提前預備水泵等排水防水工作，能夠實現(xiàn)對掘進前方隱伏含水導水構造的超前預報，防止在掘進、回采過程中的誤判誤揭含水導水構造而造成礦井突水、頂板冒落事故。

6 結論

掘進施工到預測位置時，遇到頂板臨水加大，揭露的落差50 m 左右的F10 正斷層。在施工中采用直流電法和瞬變電磁法，為有掘必探依照“物探提供靶區(qū)，鉆探驗證”的思路，為后續(xù)的采掘施工探明地質構造、斷層條件，為防治水提供有力保障依據(jù)。解決施工掘進的盲目性、未知性，有效提高了巷道超前探測的準確性，保證了安全生產(chǎn)。