金能煤業(yè)一采區(qū)回風(fēng)上山掘進(jìn)工作面瞬變電磁探測(cè)技術(shù)實(shí)踐

賈偉

（霍州煤電集團(tuán) 金能煤業(yè)有限公司，山西 忻州034000）

1 概 況

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)金能煤業(yè)一采區(qū)回風(fēng)上山井下位于+1210 m水平，巷道長(zhǎng)度1 306 m，沿2號(hào)煤層頂板掘進(jìn)，巷道凈斷面寬×高=5 200 mm×4 000 mm，頂板為泥巖和沙質(zhì)泥巖，四周無其它任何采掘工程。2號(hào)煤層平均厚度為9.8 m，煤層節(jié)理裂隙中等發(fā)育。頂?shù)装鍘r層特征見表1。煤層頂板含水層主要為二疊系山西組砂巖裂隙含水層和上石炭統(tǒng)太原組砂巖、灰?guī)r裂隙含水層，頂板含水層富水性較弱，對(duì)巷道掘進(jìn)無影響；煤層底板含水層為奧灰含水層，奧灰底板距2號(hào)煤層頂板90～290 m，奧陶系灰?guī)r含水較為豐富，巖溶裂隙發(fā)育，含水層滲透性及導(dǎo)水強(qiáng)，地下水補(bǔ)給、運(yùn)移、貯存條件良好，在有構(gòu)造破壞、采動(dòng)裂隙及導(dǎo)水陷落柱溝通的情況下，可能對(duì)巷道掘進(jìn)帶來威脅。

表1 煤層頂?shù)装鍘r層特征Table 1 Strata characteristics of roof and floor of coal seam

根據(jù)礦井地質(zhì)資料，一采區(qū)回風(fēng)大巷掘進(jìn)工作面前方0～100 m會(huì)揭露一斷層，為掌握斷層發(fā)育 情況，進(jìn)行瞬變電磁探測(cè)及突水危險(xiǎn)性分析。

2 瞬變電磁超前探測(cè)

2.1 瞬變電磁探測(cè)分析

一采區(qū)回風(fēng)上山巷道撥門后，為掌握斷層發(fā)育位置及富水性，進(jìn)行瞬變電磁超前探測(cè)。結(jié)合瞬變電磁法的探測(cè)原理及技術(shù)特點(diǎn)，選用YCS200A本安型瞬變電磁儀器，發(fā)射和接收正方形的重疊線圈邊長(zhǎng)均為1.5 m，發(fā)射和接收線圈的匝數(shù)分別為4匝和40匝，裝置供電電流為50 A，供電脈寬為10 ms。進(jìn)行探測(cè)作業(yè)時(shí)，對(duì)于每個(gè)測(cè)點(diǎn)至少布置30次的疊加。

本次瞬變電磁方案采用多匝小回線的發(fā)射裝置和接收裝置，探測(cè)測(cè)點(diǎn)從巷道左幫布置，發(fā)射和接收天線法線與巷道左側(cè)面垂直，分別與巷道成30°、45°和60°夾角進(jìn)行探測(cè)作業(yè)，掘進(jìn)迎頭斷面上布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，巷道右側(cè)面探測(cè)方式基本與左側(cè)面對(duì)稱。通過探測(cè)可形成4條超前探測(cè)的剖面，具體巷道超前探測(cè)施工布置如圖1所示。

圖1 瞬變電磁超前探測(cè)工作示意Fig.1 Transient electromagnetic advanced detection work

根據(jù)探測(cè)結(jié)果，在俯角下傾30°方向上超前探測(cè)成果如圖2所示。

圖2 瞬變電磁法超前探測(cè)成果Fig.2 Advanced detection results of TEM

從圖中能夠看出在掘進(jìn)頭30°方向上，探測(cè)底板在迎頭前方50 m附近位置處存在著帶狀低阻異常區(qū)域，但異常區(qū)域的整體低阻特性并不明顯，表明斷層的富水性不強(qiáng)。另外根據(jù)瞬變探測(cè)結(jié)果及探測(cè)鉆孔驗(yàn)證結(jié)果可知，斷層的落差為12 m。

2.2 斷層區(qū)域奧灰水突水危險(xiǎn)性分析

根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》中推薦的突水危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)方法，結(jié)合巷道的具體特征，采用突水系數(shù)法進(jìn)行突水危險(xiǎn)性的分析，具體計(jì)算公式如下：

式中：t為安全隔水層厚度，m；L為巷道底板寬度，取巷道設(shè)計(jì)寬度的1.1倍，即5.72 m；γ為底板隔水層的平均重度，取0.022 MN/m3；Kp為底板隔水層的平均抗拉強(qiáng)度，依據(jù)《金能煤業(yè)地質(zhì)報(bào)告》資料，2號(hào)煤層底板巖層Kp值取0.21 MPa；P為底板隔水層承受的水頭壓力，取0.8 MPa。

將以上參數(shù)代入式（1）中，可得安全隔水層厚度為30.613 m，取斷層落差1.5倍為安全考慮范圍，計(jì)算得出斷層區(qū)域所需的隔水層厚度為50.56 m。根據(jù)礦井地質(zhì)資料，2號(hào)煤層與奧灰含水層間的最小間距為90 m，故斷層區(qū)域無突水危險(xiǎn)性。

3 結(jié) 語

根據(jù)金能煤業(yè)一采區(qū)回風(fēng)上山巷道地質(zhì)條件，采用瞬變電磁進(jìn)行超前探測(cè)，并采取突水系數(shù)法進(jìn)行突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，結(jié)果表明異常區(qū)域的整體低阻特性并不明顯，斷層的富水性不強(qiáng)，2號(hào)煤層與奧灰含水層間的最小間距為90 m，斷層區(qū)域無突水危險(xiǎn)性。在一采區(qū)回風(fēng)上山巷道掘進(jìn)期間，通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，施工至48 m的位置處揭露斷層，斷層落差為12 m，且巷道掘進(jìn)期間僅出現(xiàn)頂板輕微滴水現(xiàn)象，安全掘進(jìn)通過斷層區(qū)域。