綜合探測(cè)在回采面隱蔽構(gòu)造及探放水中的應(yīng)用

趙東東

（山西晉煤集團(tuán)陽(yáng)城晉圣誠(chéng)南煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048100）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤礦隱蔽構(gòu)造和積水探測(cè)技術(shù)更加多樣，廣大技術(shù)人員采取了多種技術(shù)方法對(duì)煤礦構(gòu)造和積水進(jìn)行了探測(cè)，如：馬留柱［1］等采用CT成像技術(shù)對(duì)燕子山礦8208工作面構(gòu)造進(jìn)行了探測(cè)；李旭鋒［2］采用槽波探測(cè)技術(shù)對(duì)霍爾辛赫煤業(yè)3303工作面的隱蔽構(gòu)造進(jìn)行了探；王偉［3］采用音頻電透視法對(duì)王莊煤礦7102工作面頂板水進(jìn)行了探測(cè)；賈榮華［4］采用理論分析、物探及現(xiàn)場(chǎng)鉆探手段對(duì)工作面上方覆巖主要含水層情況進(jìn)行詳細(xì)的探查與分析。本文以誠(chéng)南煤業(yè)15102回采工作面為背景，采用綜合探測(cè)技術(shù)，即采用無(wú)線(xiàn)電波和瞬變電磁法進(jìn)行探測(cè)，及鉆探驗(yàn)證對(duì)工作面隱蔽構(gòu)造和含水區(qū)進(jìn)行了探測(cè)分析。

1 工程概況

誠(chéng)南煤業(yè)15102工作面開(kāi)采15#煤層，煤厚約2.8 m，煤層傾角3°左右，直接頂板為泥巖，厚3.5 m左右，老頂為K2灰?guī)r，底板為泥巖。該工作面東部為實(shí)體煤15#15103工作面（未掘），北部為小煤窯采空區(qū)，西部為15101工作面（已掘），南部為軌道大巷，膠帶大巷（已施工）。工作面走向長(zhǎng)850 m，回采長(zhǎng)度為700 m；傾斜寬120 m，標(biāo)高為+650～+740 m，蓋層厚度60～100 m。根據(jù)15102工作面地質(zhì)資料及順槽巷道掘進(jìn)揭露，工作面會(huì)遇到多個(gè)構(gòu)造，局部頂板節(jié)理發(fā)育，煤體疏松破碎。工作面順槽巷道掘進(jìn)中涌水主要來(lái)源為頂板灰?guī)r巖溶水，涌水形式為頂板淋水、頂板裂隙滲水，預(yù)計(jì)最大涌水量10 m3/h，正常涌水量1 m3/h。

15102工作面圈定后，需探測(cè)和掌握工作面開(kāi)采范圍內(nèi)煤層賦存和構(gòu)造情況，并對(duì)工作面圈定范圍內(nèi)進(jìn)行探放水工作，防止工作面回采過(guò)程中發(fā)生涌水事故，保證工作面回采安全。

2 無(wú)線(xiàn)電波構(gòu)造探測(cè)

2.1 探測(cè)方案

本次探測(cè)在兩條巷道進(jìn)行，采用一發(fā)一收方式，一條巷道接收無(wú)線(xiàn)電波，一條巷道發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波。在15102運(yùn)輸巷共布置15個(gè)發(fā)射點(diǎn)，對(duì)應(yīng)每個(gè)發(fā)射點(diǎn)在15102回風(fēng)巷接收11個(gè)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值；在15102回風(fēng)巷發(fā)射時(shí)，共布置15個(gè)發(fā)射點(diǎn)，對(duì)應(yīng)每個(gè)發(fā)射點(diǎn)在15102運(yùn)輸巷接收11個(gè)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值。發(fā)射點(diǎn)間距為50 m，接收點(diǎn)間距10 m。

2.2 結(jié)果分析

采集的數(shù)據(jù)采用無(wú)線(xiàn)電波透視CT軟件進(jìn)行反演，得到實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)曲線(xiàn)圖和實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)圖，見(jiàn)圖1。其中藍(lán)色調(diào)區(qū)越深表明其場(chǎng)強(qiáng)值越低，即該段煤層無(wú)線(xiàn)電波穿透能力低，為潛在的構(gòu)造異常區(qū)。據(jù)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值變化特征和實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)圖綜合分析，該工作面主要有6個(gè)探測(cè)異常區(qū)，分別在15102工作面往切眼方向0～60 m，190～330 m，360～420 m，480～550 m，610～690 m和720～750 m，推測(cè)為斷層或煤層變薄。

圖1 普通鉆孔布置

3 瞬變電磁法富水探測(cè)

3.1 探測(cè)方案

在15102工作面運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽布置4條測(cè)線(xiàn)，測(cè)線(xiàn)上每間隔10 m布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度700 m，探測(cè)方向見(jiàn)圖2。

圖2 工作面探測(cè)

3.2 結(jié)果分析

本次實(shí)測(cè)巖層的電性特征視電阻率在0～200Ω之間，推斷15102工作面內(nèi)視電阻率低于20Ω的區(qū)域可能存在裂隙水。將探測(cè)順層方向成果切片圖與工作面采掘工程平面圖進(jìn)行疊加，得到綜合探測(cè)成果圖，見(jiàn)圖3。圖中橫坐標(biāo)0點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)巷道切眼位置，縱坐標(biāo)軸為沿探測(cè)方向的距離，橫坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)巷道測(cè)線(xiàn)；圖中不同色標(biāo)表示不同的視電阻率值，從冷色調(diào)到暖色調(diào)表示視電阻率值不斷升高，即從藍(lán)色到紅色表示視電阻率不斷升高。

圖3 順層礦井瞬變電磁法探測(cè)視電阻率等值線(xiàn)擬斷面圖疊加

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況和相關(guān)地質(zhì)資料分析，對(duì)15102工作面順層富水性情況及其電性特征有了整體認(rèn)識(shí)。15102工作面內(nèi)頂板方向均存在低阻異常區(qū)域，其中切眼處為0 m，向停采線(xiàn)方向遞增。YC1位于60～160 m深度范圍頂板深度約為20 m以外，推斷為頂板裂隙水；YC2位于工作面內(nèi)部200～240 m范圍，距離頂板方向20 m以外，該低阻異常推斷為頂板裂隙水；YC3位于工作面內(nèi)部280～460 m范圍，距離頂板20 m以外，該低阻異常推斷為裂隙水；YC4位于工作面內(nèi)部520～680 m范圍，距離頂板20 m以外，該低阻異常推斷為裂隙水。

4 鉆探驗(yàn)證

4.1 鉆探方案

為了詳細(xì)掌握15102工作面水文地質(zhì)情況，為15102工作面回采提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源，保證15102工作面回采安全，在物探的基礎(chǔ)上，對(duì)工作面開(kāi)采范圍進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。工作面自運(yùn)輸順槽700 m處左幫，和回風(fēng)順槽700 m處右?guī)烷_(kāi)始，每隔50 m施工一個(gè)探放水鉆孔，共28個(gè)鉆孔。鉆孔孔徑為65 mm，孔深為60 m，開(kāi)孔高度距巷道底板1.5 m，鉆孔垂直巷幫施工，傾角需結(jié)合煤層傾角進(jìn)行確定。工作面前方遇見(jiàn)地質(zhì)構(gòu)造，導(dǎo)致煤層賦存條件發(fā)生變化，至少打2個(gè)前探鉆孔，掌握煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯情況等，再根據(jù)探放水設(shè)計(jì)調(diào)整鉆孔傾角進(jìn)行探放水。

4.2 結(jié)果分析

根據(jù)鉆探驗(yàn)證情況，在15102工作面回采范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，但發(fā)現(xiàn)4處異常區(qū)域，具體為：

（1）異常區(qū)1：位于工作面回采至50～100 m范圍內(nèi)，在回風(fēng)順槽側(cè)向運(yùn)輸順槽側(cè)35～60 m左右，可能存在斷層或煤層變薄等情況,預(yù)計(jì)對(duì)工作面回采影響較大。

（2）異常區(qū)2：位于工作面回采至200 m左右時(shí)，可能存在斷層或煤層不連續(xù)等情況，預(yù)計(jì)對(duì)工作面回采影響較小

（3）異常區(qū)3：位于工作面回采至350～400 m時(shí)。在回風(fēng)順槽側(cè)向運(yùn)輸順槽側(cè)50 m左右，可能存在斷層或煤層變薄等情況，預(yù)計(jì)對(duì)工作面回采影響較大。

（4）異常區(qū)4：位于工作面回采至550～650 m時(shí)，在運(yùn)輸順槽側(cè)向回風(fēng)順槽側(cè)60～90 m，可能存在斷層或煤層變薄等情況，預(yù)計(jì)對(duì)工作面回采影響較大。

圖4 鉆探驗(yàn)證異常區(qū)分布

5 綜合分析

根據(jù)對(duì)物探情況及鉆探的綜合分析，預(yù)計(jì)15102工作面回采至50～100 m左右時(shí)，可能存在構(gòu)造或煤層變薄等情況，如揭露斷層，推斷斷距約在2.5～3.5 m左右，預(yù)計(jì)對(duì)工作面回采影響較大；回采至200 m左右時(shí)，可能存在構(gòu)造或煤層變薄等情況，預(yù)計(jì)對(duì)工作面回采影響較小；回采至350～400 m左右時(shí)，可能存在構(gòu)造或煤層變薄等情況，如揭露斷層，推斷斷距約在3.5～7 m左右，預(yù)計(jì)對(duì)工作面回采影響較大；回采至550～650 m范圍時(shí)，可能存在構(gòu)造或煤層變薄等情況，如揭露斷層，推斷斷距約在5～6.5 m左右。另外，工作面回采至60～160 m、200～240 m、280～460 m、520～680 m范圍時(shí)，可能存在頂板裂隙水，不排除在回采過(guò)程中因垮落或地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的裂隙導(dǎo)通15號(hào)煤層頂板含水層水進(jìn)入工作面的可能性，屆時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)頂板淋水增大等情況。建議工作面在回采前提前制定相應(yīng)的過(guò)構(gòu)造措施及防排水措施，保證15102工作面回采安全。

6 結(jié)語(yǔ)

1）采用無(wú)線(xiàn)電波、瞬變電磁等物理探測(cè)方法對(duì)誠(chéng)南煤業(yè)15102回采工作面進(jìn)行了探測(cè)，對(duì)回采工作面可能存在的構(gòu)造區(qū)和含水區(qū)進(jìn)行了圈定，共計(jì)6個(gè)地質(zhì)異常區(qū)和4個(gè)頂板裂隙水區(qū)。

2）采用鉆孔鉆探對(duì)工作面水文地質(zhì)異常區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，共發(fā)現(xiàn)4處異常區(qū)域，可能存在斷層或煤層變薄等情況，分別為：工作面回采至50～100 m、200 m左右、350～400 m范圍以及550～650 m范圍。

3）綜合分析認(rèn)為：在工作面回采至50～100 m、200 m左右、350～400 m范圍及550～650 m范圍時(shí)，可能存在構(gòu)造和煤層變薄，對(duì)工作面影響較大；工作面回采至60～160 m、200～240 m、280～460 m、520～680 m范圍時(shí)，可能存在頂板裂隙水，出現(xiàn)頂板淋水增大等情況。