古城煤礦瞬變電磁技術(shù)在探測富水區(qū)中的應(yīng)用

范鵬凱

(潞安化工集團 古城煤礦，山西 長治 046000)

當(dāng)前，煤礦安全生產(chǎn)已經(jīng)成為社會各界越來越關(guān)注的問題。其中，礦井在巷道掘進過程中受前方富水區(qū)的影響是煤礦在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會遇到的問題，尤其在一些地質(zhì)條件復(fù)雜或者富水區(qū)較強的礦井[1-4]。因此，如果用瞬變電磁技術(shù)對巷道掘進前方富水區(qū)的形狀、位置、富水程度、對巷道產(chǎn)生的影響等相關(guān)因素進行準(zhǔn)確的判讀[5-6]，并根據(jù)實際情況制定出相應(yīng)的安全技術(shù)措施，對于礦井的安全生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

古城煤礦北二盤區(qū)N2301輔助運輸巷按照方位角174°00′00″沿煤層頂板掘進，根據(jù)現(xiàn)有三維地震資料和地面瞬變電磁成果資料顯示：巷道里程1 146 m處，巷道右側(cè)煤墻內(nèi)可能受X16陷落柱的影響，此處標(biāo)高：+407.5 m，地面標(biāo)高：+940.2 m，埋深532.7 m。為了準(zhǔn)確探明N2301輔助運輸巷150 m范圍內(nèi)煤巖層的富水性情況，為工作面回采提供參考依據(jù)，我礦采用礦井瞬變電磁探測技術(shù)對N2301輔助運輸巷以FS10測點為起點往切眼方向40 m和往巷道開口方向110 m共計150 m的距離進行了超前探測。

2 現(xiàn)場施工布置

本次探測層位為3號煤層，頂板為炭質(zhì)泥巖、泥巖，巷道支護形式采用錨網(wǎng)+錨桿+錨索+鋼筋梯子梁聯(lián)合支護，探測幫部有三根鋼管，分別為排水管、靜壓水管、壓風(fēng)管，據(jù)鋼管800 mm為膠帶架，膠帶架上方800 mm為瓦斯抽放管，鉆機放置位置在FS10號測點。井下探測過程中，要盡可能減少各種干擾(錨桿、錨網(wǎng)、鋼管和金屬橋架等金屬器材)，創(chuàng)造較為有利的探測環(huán)境，見圖1。

圖1 探測位置示意

N2301輔助運輸巷本次探測工作量：N2301輔助運輸巷以FS10測點為起點往切眼方向40 m和往巷口方向110 m共計150 m進行探測，每3 m一個測點，每個測點三個探測方向，分別為：上偏30°、順層0°、下偏30°，以獲得該區(qū)域盡可能準(zhǔn)確的水文地質(zhì)資料，共計153個物理數(shù)據(jù)采集點，見圖2。

圖2 工作面探測方向剖面布置示意

3 物探解釋成果及建議

受探測技術(shù)發(fā)射電流大小、頻率及發(fā)射線圈匝數(shù)，接受線圈匝數(shù)等技術(shù)參數(shù)影響，本次瞬變電磁探測盲區(qū)約為15 m。

如圖3所示，本次瞬變電磁探測區(qū)域的電阻值的大小用圖右側(cè)長條比色卡表示，數(shù)值越小，表示探測區(qū)域中電阻率值越小，電阻率值越小，反映出所探測區(qū)域存在可能較發(fā)育的裂隙、富水性較好等異常信號，也是巷道在掘進和工作面回采過程中需要重點鉆探和關(guān)注的區(qū)域。

圖3 瞬變電磁超前探測偏上30°平面

偏上30°探測范圍內(nèi)存在3個低阻異常區(qū)。

異常區(qū)一：探測距離35～60 m，深度45～97 m范圍；

異常區(qū)二：探測距離70～88 m，深度45～95 m范圍；

異常區(qū)三：探測距離92～115 m，深度35～100 m范圍。

異常區(qū)一周圍電性過渡范圍大，變化率大，結(jié)合現(xiàn)場條件、地質(zhì)資料及地面物探成果報告，綜合分析異常區(qū)一為現(xiàn)場鉆機影響所致；

綜合分析異常區(qū)二、異常區(qū)三為工作面煤巖層局部富水及現(xiàn)場風(fēng)水管路和膠帶架影響所致，對該區(qū)域請予以重視。

順層0°探測范圍內(nèi)存在3個低阻異常區(qū)，見圖4。

圖4 瞬變電磁超前探測順層0°平面

異常區(qū)一：探測距離35～64 m，深度37～100 m范圍；

異常區(qū)二：探測距離70～87 m，深度45～95 m范圍；

異常區(qū)三：探測距離95～104 m，深度45～90 m范圍。

結(jié)合現(xiàn)場條件、地質(zhì)資料及地面物探成果報告，綜合分析異常區(qū)一為現(xiàn)場鉆機影響所致；綜合分析異常區(qū)二、異常區(qū)三為工作面煤巖層局部富水及現(xiàn)場風(fēng)水管路和膠帶架影響所致，對該區(qū)域請予以重視。

偏下30°方向探測范圍內(nèi)存在3個低阻異常區(qū)，見圖5。

圖5 瞬變電磁超前探測偏下30°平面

異常區(qū)一：探測距離35～64 m，深度38～97 m范圍；

異常區(qū)二：探測距離66～85 m，深度45～92 m范圍；

異常區(qū)三：探測距離125～145 m，深度45～92 m范圍。

結(jié)合現(xiàn)場條件、地質(zhì)資料及地面物探成果報告，綜合分析異常區(qū)一周圍電性過渡范圍大，變化率大，異常區(qū)一為現(xiàn)場鉆機影響所致；異常區(qū)二、異常區(qū)三為工作面煤巖層局部富水及現(xiàn)場風(fēng)水管路和膠帶架影響所致，對該區(qū)域請予以重視。

本次探測發(fā)現(xiàn)的主要相對低阻異常區(qū)見表1，本次探測現(xiàn)場巷道工作面三根風(fēng)水管、膠帶支架和上方的瓦斯抽放管對探測結(jié)果干擾較大，在探測的偏上30°、順層0°和偏下30°都有低阻異常區(qū)的反應(yīng)。結(jié)合現(xiàn)場條件、地質(zhì)資料及地面物探成果報告，綜合分析異常區(qū)一為現(xiàn)場鉆機影響所致；綜合分析異常區(qū)二、異常區(qū)三為煤巖局部富水及現(xiàn)場風(fēng)水管路和膠帶架影響所致。

表1 主要相對低阻異常區(qū)一覽

注：以上低阻異常區(qū)域位于不同的傾向上，空間位置可參考對應(yīng)的平面圖

4 安全技術(shù)措施

為了保證巷道掘進的安全高效穩(wěn)定，根據(jù)探測結(jié)果，制定相應(yīng)的安全技術(shù)措施和排水措施。

4.1 巷道支護方式

在掘進過程中，采用臨時支護+永久支護兩種支護方式：

1) 臨時支護：前探梁采用133.32 mm無縫鋼管加工，長度為5 000 mm，共加工4根，2根使用，2根備用，每根前探梁上打設(shè)3組防退孔，每組打設(shè)3個防退孔，防退孔D26 mm，孔間距200 mm，前端打設(shè)D26 mm，3個固定孔，孔間距150 mm。

2) 永久支護：支護方式調(diào)整為錨桿(索)網(wǎng)+U29型鋼棚聯(lián)合支護。錨桿(索)支護排距由1 000 mm縮小至800 mm，間距不變；正規(guī)循環(huán)為掘一錨一，最大空頂距1 100 mm，最小空頂距300 mm，嚴(yán)禁空頂作業(yè)，棚距為800 mm。

4.2 排水措施

確保水泵正常管路暢通，巷道迎頭涌水量預(yù)計為3 m3/h、最大涌水量5 m3/h，在巷道低洼處膠帶機頭增設(shè)臨時排水點，排水點中間設(shè)置沉淀池，放置1臺隔膜泵另配1臺備用，達(dá)到要求規(guī)定的一用一備，水泵型號為：BQS15-100-20,水泵揚程100 m，排水量20 m3/h，在工作面放置2臺隔膜泵進行排水，使用隔膜泵排水能力為8 m3/h,排入正頭臨時水倉(隔膜泵使用66.66 mm軟管過渡到108管進行排水)。

5 結(jié) 語

1) 探測成果圖中解釋的低電阻異常區(qū)域是相對的。由于在井下實際操作過程中，受不可避免的干擾因素較大，可能在解釋過程中，會使異常區(qū)范圍和探測距離出現(xiàn)一定的偏差，如想進一步確認(rèn)陷落柱是否存在導(dǎo)水，建議再次在附近20號鉆場內(nèi)進行迎頭超前瞬變探測。在掘進生產(chǎn)過程中可依據(jù)成果圖中視電阻率值的相對關(guān)系適時調(diào)整生產(chǎn)方案。

2) N2302工作面回采掘進時，建議嚴(yán)格遵守《煤礦安全規(guī)程》和《煤礦防治水細(xì)則》，對探測顯示的異常區(qū)域應(yīng)加強關(guān)注，注意做好排水工作，加強排水能力，保證安全生產(chǎn)。