淺析工作面物探及斷層超前探查工作

姚 遠，馮國棟，劉維新

（兗礦能源集團股份有限公司濟寧二號煤礦，山東 濟寧 272000）

濟寧二號煤礦93下11 回采工作面位于九采區西部，東北側為93下09 面采空區，工作面上方為93上13 面和93上15 工作面采空區。工作面開采93下煤層，厚度2.4～5.1 m，平均3.34 m。煤層厚度變化較大，工作面東北部臨近3下煤層沖刷變薄區，受其影響煤層變薄； 工作面西南部煤層較厚，煤層結構簡單。為保證工作面的安全回采，需查明工作面內存在的異常地質構造和工作面的富水情況。采用無線電波坑道透視技術對工作面內地質構造進行探測，查明工作面內地質構造情況；采用瞬變電磁法對工作面及采空區影響區域富水異常體進行探測，查明工作面內及相鄰采空區影響區存在的富水異常體。通過以上2 種物探方法對93下11 工作面存在的隱蔽地質致災因素進行探查，以提高煤礦地質災害的治理能力。

1 物探方法原理及設備

1.1 無線電波坑道透視法

利用無線電波坑道透視法解決地質構造問題，主要是利用不同巖石的電阻率、介電常數等電性差異，在發射高頻電磁波傳播過程中，不同巖石對其能量吸收的大小各不相同，電阻率高的巖石對電磁波能量吸收小，相反則吸收大。根據這個原理，可以利用無線電波來探測巖層中出現的斷層、裂隙以及煤層突變區。本次探測采用WKT-E 型坑道透視儀。無線電波透視工作法原理如圖1 所示。

圖1 電磁波透視法工作原理

1.2 瞬變電磁法

利用瞬變電磁法勘探解決地質問題的前提條件是地質體和圍巖存在電性差異。完整巖層的電阻率較高；但當其出現破碎、構造裂隙發育時，其電阻率會出現顯著變化。當構造裂隙不充水時，其導電性會顯著降低，電阻率增大；而當構造裂隙充含水時，其導電性會顯著增強，電阻率降低。在電法資料上會形成等值線扭曲、凹陷等低阻異常現象。本次探測采用terraTEM 瞬變電磁儀。

2 工作面探測數據采集

2.1 無線電波坑道透視數據采集

軌道順槽布置測線450 m，發射點10 個，點距50 m，對應的運輸順槽接收點132 個，點距10 m。運輸順槽探測起點位于切眼位置處，布置測線450 m，發射點10 個，點距50 m，對應的軌道順槽接收點132 個，點距10 m。93下11 切眼探測起點位于軌道順槽，布置測線220 m，軌道順槽發射點3 個，點距50 m，對應93下11 切眼接收點27 個，點距10 m。運輸順槽發射點3 個，點距50 m，對應93下11 切眼接收點28 個，點距10 m。本次無線電波坑道透視共設計測線長度1 120 m，布置發射點26 個，接收點319 個，如圖2 所示。

圖2 無線電波透視法工作原理

2.2 瞬變電磁法數據采集

軌道順槽探測起點位于切眼位置處，測點間距10 m，共探測450 m，布置物理測點46 個。運順順槽探測起點位于切眼位置處，測點間距10 m，共探測450 m，布置物理測點46 個。切眼探測起點位于軌道順槽，測點間距10 m，共探測220 m，布置物理測點23 個。本次瞬變電磁法共設計測線長度1 120 m，布置測點115 個。

根據此次探測任務要求和巷道實際情況，軌道順槽、運輸順槽探測內幫頂板30°、60°、90°，底板30°、60°，外幫頂板45°六個探測方向，測點間距10 m。93下11 工作切眼探測內幫頂板30°、60°、90°，底板30°、60°，外幫頂板45°、順層、底板45°八個探測方向，測點間距10 m，如圖3 所示。

圖3 工作面軌道順槽、運輸順槽和切眼瞬變電磁勘探探測方向

3 工作面探測結果分析

3.1 無線電波坑道透視結果分析

通過對93下11 工作面坑道透視數據的處理分析，得出初始場強H0=286 977 dB，吸收系數B=-0.147 696 dB/m。根據所選定參數進行回歸分析和數據處理分析，得出衰減層析成像色塊如圖4所示。

圖4 工作面坑透探測衰減層析成像色塊圖及坑透成果

結合相關地質資料和坑透探測衰減層析成像色塊圖分析，解釋斷層6 條，分別命名為DF1、F91011、F91103、F91105、DF58、DFr43； 解釋構造異常區一處，命名為K1。無線電透視解釋的6 條斷層，與順槽揭露和三維地震勘探解釋的斷層進行對比，其中5 條斷層與順槽揭露和三維地震勘探解釋的位置基本一致，有3 條斷層走向在面內存在較大變化，分別為F91011、F91103和F91105正斷層，另一條坑透解釋斷層DF1（H=2.5 m）位于設計停采線附近。

3.2 瞬變電磁探視結果分析

通過對工作面瞬變電磁勘探視電阻率等值線斷面圖分析，結合現場實際情況，經過對所得到的相對低阻異常區進行分析。本次瞬變電磁探測在工作面頂板探測范圍內圈定相對低阻異常區1處，底板探測范圍內無相對低阻異常區。

Ⅰ號相對低阻異常區位于運輸順槽距切眼0～70 m。切眼距運輸順槽0～70 m 范圍內，推斷為上方93上15 工作面采空區局部低洼點富水所致，異常區縱向分布高度10～38 m。

4 根據物探結果進行探查

4.1 工作面斷層探測

2022 年11 月，工作面推進至斷層密集區。為查明工作面前方斷層位置及走向變化情況，結合物探資料，地質測量科組織綜采一區工作面超前鉆探。根據探測斷層在工作面的延展情況、工作面鉆孔資料和順槽煤層傾角等信息，在工作面早班檢修期間，每周進行超前探測2 次，每次設計鉆孔4 個，鉆孔深度18 m，以探明斷層準確位置。

工作面回采期間，在75#架累計施工探測鉆孔3 個，鉆探進尺45 m，基本控制了SF91313（H=3.5 m）斷層在工作面的走向變化；在120#、115#、100#、90#架施工探測鉆孔8 個，鉆探進尺80 m，否定了原物探解釋9F5（H=0～5.0 m）斷層；在125#、120#架施工鉆孔4 個，鉆探進尺28 m，查明了F91011（H=4.3 m）斷層在工作面延展情況； 在60#、70#、110#施工鉆孔5 個，鉆探進尺49 m，基本控制了SF91313（H=3.5 m）斷層在工作面走向變化。

本次鉆探工程累計施工探測鉆孔20 個，累計鉆探進尺202 m，基本控制了SF91313（H=3.5 m）、F91103（H=3.3 m）斷層在面內走向情況，查明了F91011（H=4.3 m）斷層在面內延展情況，否定了原物探解釋9F5（H=0～5.0 m）斷層，鉆孔效果達到工程設計目的。工作面超前探測占用時間短，探測精度高，配合生產技術科制定的過斷層方案，為工作面安全高效回采提供了地質保障。

根據鉆探成果及時調整工作面割煤層位及采高，減少了斷層造成頂、底煤的損失，提高了回采率。11 月份工作面推進97.55 m。根據工作面實際割煤采高計算，工作面回采率增加2.37%，多回收煤炭資源2 640 t，以噸煤利潤500 元計算，創效132.0 萬元。

4.2 富水異常區探放

對瞬變電磁探查出的異常區，設計了三個鉆孔進行疏放水，結果有少量積水，推斷為上方93上15 工作面采空區局部低洼點富水所致。

5 結語

本次結合物探成果和現場情況，提前對富水區和斷層進行鉆探，鉆探工程鉆孔設計，目的明確、設計合理，施工組織嚴格有序。根據鉆探成果，制定最優回采方案，合理控制割煤層位，減少過斷層造成的頂、底煤損失，增加了工作面回采率，減少了自然發火隱患，確保了工作面的安全回采。