YCS200(A)瞬變電磁儀超前探測(cè) 在鑫巖煤礦的應(yīng)用

東義公司 ???郝立彬

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摘 ?要 ?為了發(fā)現(xiàn)巷道掘進(jìn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的富水區(qū)域，采用礦井瞬變電磁法對(duì)井下掘進(jìn)工作面進(jìn)行超前探測(cè)，對(duì)工作面前方富水性進(jìn)行分析，為探放水工作提供可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ?超前探測(cè) 應(yīng)用

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1 引 ?言

采掘巷道（前方、頂板、底板）的采空區(qū)、陷落柱是不可忽視的災(zāi)害性地質(zhì)異常體，它們破壞了煤層的連續(xù)性，容易引發(fā)透水、瓦斯事故，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來(lái)威脅，因此，探明巷道（前方、頂板、底板）的采空區(qū)、含水構(gòu)造的分布是煤礦安全工作重點(diǎn)。

礦井瞬變電磁法是煤礦井下巷道內(nèi)探查周?chē)臻g不同位置、不同形態(tài)含水構(gòu)造的礦井物探方法之一。該技術(shù)是一種時(shí)間域的電磁探測(cè)方法。形成扇形圖，其橫坐標(biāo)為以巷道中心為零點(diǎn)向兩側(cè)延伸至巷道的實(shí)際寬度，縱坐標(biāo)為基于巷道迎頭的實(shí)際探測(cè)距離，測(cè)量不同深度的測(cè)點(diǎn)的視電阻率值分布在實(shí)際平面位置，根據(jù)電阻率等值線圖繪制扇形圖，能夠清晰直觀地表現(xiàn)出異常區(qū)域的位置，從而使礦井瞬變電磁法超前探測(cè)資料解釋更加精確。

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2 地質(zhì)概況

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鑫巖煤礦井田主要含水層為奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層組、石炭系太原組碎屑巖夾灰?guī)r巖溶裂隙含水層組、二疊系山西組、石盒子組、石千峰組砂巖裂隙含水層組和第三、第四系砂礫石層孔隙含水層。分布于各含水層之間的泥巖、砂質(zhì)泥巖、粘土巖、鐵鋁巖等為隔水層。井田內(nèi)山西組可采煤層的直接充水含水層主要為山西組和石盒子組砂巖；太原組可采煤層的直接充水含水層為太原組L1～L5灰?guī)r，間接充水含水層為奧陶系灰?guī)r。5煤層水文地質(zhì)勘查類(lèi)型為Ⅱ類(lèi)Ⅰ～Ⅱ型，即以裂隙充水、頂板淋水為主的水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單至中等的礦床，10煤層井田水文地質(zhì)勘查類(lèi)型屬Ⅲ類(lèi)Ⅰ型（標(biāo)高600m以上）和Ⅱ型（標(biāo)高600m以下），即以巖溶裂隙充水為主的水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單和中等的礦床。

區(qū)域內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，總體為走向北西-南東，傾向南西的單斜構(gòu)造，未發(fā)現(xiàn)有斷層、陷落柱及巖漿巖等構(gòu)造，井田構(gòu)造屬簡(jiǎn)單類(lèi)型。

山西組2、3、4、5號(hào)煤層，其直接充水因素是頂板砂巖裂隙含水層。根據(jù)ZK302水文孔抽水試驗(yàn)結(jié)果，山西組以上含水層，鉆孔單位涌水量為0.0074L/s?m，滲透系數(shù)為0.023m/d，屬弱富水含水層。

太原組主采煤層為6、8-1、8-2、10號(hào)煤層,其直接充水含水層為太原組灰?guī)r裂隙含水層。根據(jù)ZK302水文孔資料，其主要含水層為灰?guī)r和中粗粒砂巖，含水層共5層，總厚度39.9m，鉆孔單位涌水量為0.00012L/s?m，屬弱富水含水層。

北一盤(pán)區(qū)為鑫巖煤礦首采盤(pán)區(qū)，分為北一上盤(pán)區(qū)、北一下盤(pán)區(qū)兩個(gè)盤(pán)區(qū)，其中北一上盤(pán)區(qū)回采煤層為5號(hào)煤層；北一下盤(pán)區(qū)開(kāi)采煤層為10號(hào)煤層，該盤(pán)區(qū)位于井田東北部，為一規(guī)則的多邊形，盤(pán)區(qū)南北走向長(zhǎng)0.9km，東西傾斜寬0.7km，面積0.63km²。

根據(jù)可采區(qū)、緩采區(qū)、禁采區(qū)三區(qū)劃分報(bào)告，本井田東北部邊界地段5、10號(hào)煤層底板位于奧灰水等水位線之上，不帶壓，屬正常開(kāi)采區(qū)域。

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3 探測(cè)地點(diǎn)、探測(cè)條件及工作布置與技術(shù)措施

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3.1探測(cè)地點(diǎn)、探測(cè)條件

井下所有掘進(jìn)工作面都嚴(yán)格執(zhí)行“物探先行、鉆探驗(yàn)證”的探放水原則，本次以北一下盤(pán)區(qū)1001回順為探測(cè)分析地點(diǎn)，該工作面位于井田東北側(cè)邊緣，東側(cè)與井田邊界相鄰，與井田邊界平行北向施工，井田保護(hù)煤柱留設(shè)20m。井田邊界東部為山西悅達(dá)軍山煤業(yè)有限公司，該礦井涌水量120～180m³/d，該礦井為低瓦斯礦井，目前已經(jīng)關(guān)停，其圖紙資料不詳。

3.2工作布置與技術(shù)措施

3.2.1工作布置

測(cè)點(diǎn)布置在巷道迎頭空間位置，即從巷道迎頭左側(cè)開(kāi)始，首先使發(fā)射、接收天線的法線垂直巷道左側(cè)面進(jìn)行測(cè)量，然后按一定角度旋轉(zhuǎn)天線，使天線的法線方向與巷道的左側(cè)分別成180?、30?、45?、60?的夾角進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)天線的法線方向與巷道迎頭界面垂直時(shí)，根據(jù)其主迎頭斷面的寬度布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，到巷道迎頭右側(cè)時(shí)再旋轉(zhuǎn)天線，使法線方向與巷道右側(cè)分別成60?、45?、30?和0?的夾角進(jìn)行探測(cè)，即在多個(gè)角度采集數(shù)據(jù)，從而獲得盡可能完整的前方空間信息。

共布置測(cè)線3條，分別沿頂板30?、順層0?和底板30?三個(gè)方向（圖1）探測(cè)，每條測(cè)線11個(gè)物理點(diǎn)（圖2），共計(jì)33個(gè)物理點(diǎn)。

圖1 ?探測(cè)物理點(diǎn)線框方向布置圖

圖2 ?每條沿線11個(gè)物理點(diǎn)圖

3.2.2技術(shù)措施

本次物探使用的儀器型號(hào)為YCS200（A）礦用瞬變電磁儀，礦井瞬變電磁法超前探測(cè)采用重疊回線組合裝置，邊長(zhǎng)1.5m的激發(fā)和接收正方形線圈，激發(fā)線圈匝數(shù)16匝，接收線圈匝數(shù)40匝。供電電流檔為50A，供電脈寬10ms，采樣率16?S。每個(gè)測(cè)點(diǎn)至少采用30次疊加方式提高信噪比，確保了原始數(shù)據(jù)的可靠性。

3.2.3現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)條件

（1）掘進(jìn)巷道頂板及兩幫為金屬鋼筋網(wǎng)錨桿支護(hù)。

（2）探測(cè)時(shí)已協(xié)調(diào)掘進(jìn)隊(duì)將掘進(jìn)機(jī)后退5m，并斷電。

（3）現(xiàn)場(chǎng)清理金屬工具如：錨桿機(jī)、鑿巖機(jī)、錨桿等金屬工具，放置5m以外。

（4）探測(cè)時(shí)掘進(jìn)工作面迎面后方5m范圍為作業(yè)區(qū)域，需清理平整。

（5）掘進(jìn)工作面無(wú)積水。

3.2.4儀器系統(tǒng)影響因素

?????YCS200（A）礦用瞬變電磁儀探測(cè)盲區(qū)范圍在5～10m之間，盲區(qū)范圍內(nèi)存在異常，也能探測(cè)，只是異常區(qū)域滯后，使用過(guò)程中應(yīng)考慮探測(cè)盲區(qū)因素影響。

4 驗(yàn)證結(jié)果

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4.1驗(yàn)證地點(diǎn)及驗(yàn)證條件

YCS200(A)瞬變電磁儀超前探測(cè)法首次在鑫巖煤礦使用，為保證超前探測(cè)結(jié)果的可靠性，除鉆探進(jìn)行驗(yàn)證外，選擇對(duì)已經(jīng)探明水位線、水頭高度的N1008采空區(qū)積水區(qū)進(jìn)行超前探測(cè)驗(yàn)證。

N1008工作面估算積水量為13.8萬(wàn)m³,施工N1009運(yùn)輸順槽、切眼、回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間已經(jīng)對(duì)采空區(qū)積水進(jìn)行探放，目前該采空區(qū)積水估算6萬(wàn)m³，水頭高度為8m，本次物探驗(yàn)證在N1009切眼距離N1008采空區(qū)70m位置進(jìn)行超前探測(cè)。

4.2資料處理與解釋

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圖3 N1009切眼順層探測(cè)成果圖

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N1009切眼掘進(jìn)工作面迎面順層視電阻率探測(cè)扇形圖如圖3所示。資料解釋?zhuān)涸谇斑M(jìn)右?guī)退椒较?0～80m、前進(jìn)方向80～110m，屬于低阻異常區(qū)。

根據(jù)探測(cè)結(jié)果顯示，工作面右前方68 m的位置存在明顯低阻異常區(qū)，與N1008采空區(qū)位置基本上吻合。

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5 實(shí)際應(yīng)用

5.1北一下盤(pán)區(qū)1001回順探測(cè)資料處理與解釋

北一下盤(pán)區(qū)1001回順掘進(jìn)工作面迎面頂板30?向上視電阻率探測(cè)資料解釋結(jié)果為：該條測(cè)線右?guī)?0～70m、前方20～90m，可能存在低阻異常區(qū)域，不排除為軍山煤業(yè)有限公司煤礦采空區(qū)的可能。

北一下盤(pán)區(qū)1001回順掘進(jìn)工作面迎面順層視電阻率探測(cè)扇形圖如圖4所示,資料解釋?zhuān)寒惓^(qū)域一、異常區(qū)域二在前進(jìn)右?guī)退椒较?0～80m、前進(jìn)方向0～70m，屬于低阻異常區(qū)，可能出現(xiàn)滴（淋）水現(xiàn)象，不排除為軍山煤業(yè)有限公司煤礦采空區(qū)的可能。

圖4 順層0?探測(cè)成果圖

北一下盤(pán)區(qū)1001回順掘進(jìn)工作面迎面底板30?向下視電阻率探測(cè)資料解釋結(jié)果為：前進(jìn)右?guī)退椒较?0～90m、前進(jìn)方向0～60m，屬于低阻異常區(qū)，可能出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，不排除為軍山煤業(yè)有限公司煤礦采空區(qū)的可能。

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5.2應(yīng)用效果

利用瞬變電磁超前探測(cè)技術(shù)有效地探測(cè)了掘進(jìn)工作面頂、底板前方的含水構(gòu)造形態(tài)、水力聯(lián)系，取得了一定的效果，為鉆探設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，由于巷道掘進(jìn)工作面實(shí)際情況，存在一定的干擾，因此數(shù)據(jù)處理結(jié)果在視電阻率絕對(duì)值會(huì)有一定偏差，解釋的低阻異常區(qū)范圍容易偏大。

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6 結(jié)論與建議

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6.1結(jié)論

1）北一下盤(pán)區(qū)1001回順頂板方向視電阻率探測(cè)扇形剖面，根據(jù)物探綜合探測(cè)方向來(lái)看，該條測(cè)線右?guī)?0～70m、前進(jìn)方向20～90m，可能存在低阻異常區(qū)域，不排除采空區(qū)的可能（軍山煤業(yè)有限公司煤礦采空區(qū)）。

2）北一下盤(pán)區(qū)1001回順順層方向視電阻率探測(cè)扇形剖面，根據(jù)物探綜合探測(cè)方向來(lái)看，異常區(qū)域一、異常區(qū)域二在前進(jìn)右?guī)退椒较?0～80m、前進(jìn)方向0～70m方向，屬于低阻異常區(qū)，可能出現(xiàn)滴（淋）水現(xiàn)象。

3）北一下盤(pán)區(qū)1001回順底板方向視電阻率探測(cè)扇形剖面，根據(jù)物探綜合探測(cè)方向來(lái)看，前進(jìn)右?guī)退椒较?0～90m、前進(jìn)方向0～60m，屬于低阻異常區(qū)，可能出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，不排除采空區(qū)的可能。

6.2建議

異常區(qū)的劃分是相對(duì)的，而且劃分的主要依據(jù)是視電阻率值的高低，根據(jù)鑫巖煤礦煤巖層電性特征，引起電阻率變化的因素是多樣的，因此物探結(jié)論存在多解性，物探結(jié)果為鉆探提供參考資料，建議對(duì)前方區(qū)域進(jìn)一步鉆探驗(yàn)證，避免水害事故發(fā)生。

作者簡(jiǎn)介：郝立彬（1972-），男，工程師。2011年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)采礦專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)任東義公司地測(cè)防治水技術(shù)科科長(zhǎng)。聯(lián)系電話：15035359116。