金能煤業一采區回風上山掘進工作面瞬變電磁探測技術實踐

賈偉

（霍州煤電集團 金能煤業有限公司，山西 忻州034000）

1 概 況

山西焦煤霍州煤電集團金能煤業一采區回風上山井下位于+1210 m水平，巷道長度1 306 m，沿2號煤層頂板掘進，巷道凈斷面寬×高=5 200 mm×4 000 mm，頂板為泥巖和沙質泥巖，四周無其它任何采掘工程。2號煤層平均厚度為9.8 m，煤層節理裂隙中等發育。頂底板巖層特征見表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太原組砂巖、灰巖裂隙含水層，頂板含水層富水性較弱，對巷道掘進無影響；煤層底板含水層為奧灰含水層，奧灰底板距2號煤層頂板90～290 m，奧陶系灰巖含水較為豐富，巖溶裂隙發育，含水層滲透性及導水強，地下水補給、運移、貯存條件良好，在有構造破壞、采動裂隙及導水陷落柱溝通的情況下，可能對巷道掘進帶來威脅。

表1 煤層頂底板巖層特征Table 1 Strata characteristics of roof and floor of coal seam

根據礦井地質資料，一采區回風大巷掘進工作面前方0～100 m會揭露一斷層，為掌握斷層發育 情況，進行瞬變電磁探測及突水危險性分析。

2 瞬變電磁超前探測

2.1 瞬變電磁探測分析

一采區回風上山巷道撥門后，為掌握斷層發育位置及富水性，進行瞬變電磁超前探測。結合瞬變電磁法的探測原理及技術特點，選用YCS200A本安型瞬變電磁儀器，發射和接收正方形的重疊線圈邊長均為1.5 m，發射和接收線圈的匝數分別為4匝和40匝，裝置供電電流為50 A，供電脈寬為10 ms。進行探測作業時，對于每個測點至少布置30次的疊加。

本次瞬變電磁方案采用多匝小回線的發射裝置和接收裝置，探測測點從巷道左幫布置，發射和接收天線法線與巷道左側面垂直，分別與巷道成30°、45°和60°夾角進行探測作業，掘進迎頭斷面上布置3個測點，巷道右側面探測方式基本與左側面對稱。通過探測可形成4條超前探測的剖面，具體巷道超前探測施工布置如圖1所示。

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

根據探測結果，在俯角下傾30°方向上超前探測成果如圖2所示。

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

從圖中能夠看出在掘進頭30°方向上，探測底板在迎頭前方50 m附近位置處存在著帶狀低阻異常區域，但異常區域的整體低阻特性并不明顯，表明斷層的富水性不強。另外根據瞬變探測結果及探測鉆孔驗證結果可知，斷層的落差為12 m。

2.2 斷層區域奧灰水突水危險性分析

根據《煤礦防治水細則》中推薦的突水危險性的評價方法，結合巷道的具體特征，采用突水系數法進行突水危險性的分析，具體計算公式如下：

式中：t為安全隔水層厚度，m；L為巷道底板寬度，取巷道設計寬度的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度，依據《金能煤業地質報告》資料，2號煤層底板巖層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，計算得出斷層區域所需的隔水層厚度為50.56 m。根據礦井地質資料，2號煤層與奧灰含水層間的最小間距為90 m，故斷層區域無突水危險性。

3 結 語

根據金能煤業一采區回風上山巷道地質條件，采用瞬變電磁進行超前探測，并采取突水系數法進行突水危險性評價，結果表明異常區域的整體低阻特性并不明顯，斷層的富水性不強，2號煤層與奧灰含水層間的最小間距為90 m，斷層區域無突水危險性。在一采區回風上山巷道掘進期間，通過現場觀測，施工至48 m的位置處揭露斷層，斷層落差為12 m，且巷道掘進期間僅出現頂板輕微滴水現象，安全掘進通過斷層區域。