第43屆三等獎論文---YCS200(A)瞬變電磁儀超前探測在鑫巖煤礦的應用
YCS200(A)瞬變電磁儀超前探測 在鑫巖煤礦的應用
東義公司 ???郝立彬
?
摘 ?要 ?為了發(fā)現(xiàn)巷道掘進過程中可能出現(xiàn)的富水區(qū)域，采用礦井瞬變電磁法對井下掘進工作面進行超前探測，對工作面前方富水性進行分析，為探放水工作提供可靠的依據(jù)。
關鍵詞 ?超前探測 應用
?
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害性地質異常體，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)帶來威脅，因此，探明巷道（前方、頂板、底板）的采空區(qū)、含水構造的分布是煤礦安全工作重點。
礦井瞬變電磁法是煤礦井下巷道內探查周圍空間不同位置、不同形態(tài)含水構造的礦井物探方法之一。該技術是一種時間域的電磁探測方法。形成扇形圖，其橫坐標為以巷道中心為零點向兩側延伸至巷道的實際寬度，縱坐標為基于巷道迎頭的實際探測距離，測量不同深度的測點的視電阻率值分布在實際平面位置，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資料解釋更加精確。
?
2 地質概況
?
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、砂質泥巖、粘土巖、鐵鋁巖等為隔水層。井田內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煤層水文地質勘查類型為Ⅱ類Ⅰ～Ⅱ型，即以裂隙充水、頂板淋水為主的水文地質條件簡單至中等的礦床，10煤層井田水文地質勘查類型屬Ⅲ類Ⅰ型（標高600m以上）和Ⅱ型（標高600m以下），即以巖溶裂隙充水為主的水文地質條件簡單和中等的礦床。
區(qū)域內構造簡單，總體為走向北西-南東，傾向南西的單斜構造，未發(fā)現(xiàn)有斷層、陷落柱及巖漿巖等構造，井田構造屬簡單類型。
山西組2、3、4、5號煤層，其直接充水因素是頂板砂巖裂隙含水層。根據(jù)ZK302水文孔抽水試驗結果，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。
北一盤區(qū)為鑫巖煤礦首采盤區(qū)，分為北一上盤區(qū)、北一下盤區(qū)兩個盤區(qū)，其中北一上盤區(qū)回采煤層為5號煤層；北一下盤區(qū)開采煤層為10號煤層，該盤區(qū)位于井田東北部，為一規(guī)則的多邊形，盤區(qū)南北走向長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)劃分報告，本井田東北部邊界地段5、10號煤層底板位于奧灰水等水位線之上，不帶壓，屬正常開采區(qū)域。
?
3 探測地點、探測條件及工作布置與技術措施
?
3.1探測地點、探測條件
井下所有掘進工作面都嚴格執(zhí)行“物探先行、鉆探驗證”的探放水原則，本次以北一下盤區(qū)1001回順為探測分析地點，該工作面位于井田東北側邊緣，東側與井田邊界相鄰，與井田邊界平行北向施工，井田保護煤柱留設20m。井田邊界東部為山西悅達軍山煤業(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)關停，其圖紙資料不詳。
3.2工作布置與技術措施
3.2.1工作布置
測點布置在巷道迎頭空間位置，即從巷道迎頭左側開始，首先使發(fā)射、接收天線的法線垂直巷道左側面進行測量，然后按一定角度旋轉天線，使天線的法線方向與巷道的左側分別成180?、30?、45?、60?的夾角進行探測，當天線的法線方向與巷道迎頭界面垂直時，根據(jù)其主迎頭斷面的寬度布置3個測點，到巷道迎頭右側時再旋轉天線，使法線方向與巷道右側分別成60?、45?、30?和0?的夾角進行探測，即在多個角度采集數(shù)據(jù)，從而獲得盡可能完整的前方空間信息。
共布置測線3條，分別沿頂板30?、順層0?和底板30?三個方向（圖1）探測，每條測線11個物理點（圖2），共計33個物理點。
圖1 ?探測物理點線框方向布置圖
圖2 ?每條沿線11個物理點圖
3.2.2技術措施
本次物探使用的儀器型號為YCS200（A）礦用瞬變電磁儀，礦井瞬變電磁法超前探測采用重疊回線組合裝置，邊長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。每個測點至少采用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)場探測條件
（1）掘進巷道頂板及兩幫為金屬鋼筋網(wǎng)錨桿支護。
（2）探測時已協(xié)調掘進隊將掘進機后退5m，并斷電。
（3）現(xiàn)場清理金屬工具如：錨桿機、鑿巖機、錨桿等金屬工具，放置5m以外。
（4）探測時掘進工作面迎面后方5m范圍為作業(yè)區(qū)域，需清理平整。
（5）掘進工作面無積水。
3.2.4儀器系統(tǒng)影響因素
?????YCS200（A）礦用瞬變電磁儀探測盲區(qū)范圍在5～10m之間，盲區(qū)范圍內存在異常，也能探測，只是異常區(qū)域滯后，使用過程中應考慮探測盲區(qū)因素影響。
4 驗證結果
?
4.1驗證地點及驗證條件
YCS200(A)瞬變電磁儀超前探測法首次在鑫巖煤礦使用，為保證超前探測結果的可靠性，除鉆探進行驗證外，選擇對已經(jīng)探明水位線、水頭高度的N1008采空區(qū)積水區(qū)進行超前探測驗證。
N1008工作面估算積水量為13.8萬m3,施工N1009運輸順槽、切眼、回風順槽掘進期間已經(jīng)對采空區(qū)積水進行探放，目前該采空區(qū)積水估算6萬m3，水頭高度為8m，本次物探驗證在N1009切眼距離N1008采空區(qū)70m位置進行超前探測。
4.2資料處理與解釋
?
圖3 N1009切眼順層探測成果圖
?
N1009切眼掘進工作面迎面順層視電阻率探測扇形圖如圖3所示。資料解釋：在前進右?guī)退椒较?0～80m、前進方向80～110m，屬于低阻異常區(qū)。
根據(jù)探測結果顯示，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。
?
5 實際應用
5.1北一下盤區(qū)1001回順探測資料處理與解釋
北一下盤區(qū)1001回順掘進工作面迎面頂板30?向上視電阻率探測資料解釋結果為：該條測線右?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。
北一下盤區(qū)1001回順掘進工作面迎面順層視電阻率探測扇形圖如圖4所示,資料解釋：異常區(qū)域一、異常區(qū)域二在前進右?guī)退椒较?0～80m、前進方向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?探測成果圖
北一下盤區(qū)1001回順掘進工作面迎面底板30?向下視電阻率探測資料解釋結果為：前進右?guī)退椒较?0～90m、前進方向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。
?
5.2應用效果
利用瞬變電磁超前探測技術有效地探測了掘進工作面頂、底板前方的含水構造形態(tài)、水力聯(lián)系，取得了一定的效果，為鉆探設計提供了依據(jù)，由于巷道掘進工作面實際情況，存在一定的干擾，因此數(shù)據(jù)處理結果在視電阻率絕對值會有一定偏差，解釋的低阻異常區(qū)范圍容易偏大。
?
6 結論與建議
?
6.1結論
1）北一下盤區(qū)1001回順頂板方向視電阻率探測扇形剖面，根據(jù)物探綜合探測方向來看，該條測線右?guī)?0～70m、前進方向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）北一下盤區(qū)1001回順順層方向視電阻率探測扇形剖面，根據(jù)物探綜合探測方向來看，異常區(qū)域一、異常區(qū)域二在前進右?guī)退椒较?0～80m、前進方向0～70m方向，屬于低阻異常區(qū)，可能出現(xiàn)滴（淋）水現(xiàn)象。
3）北一下盤區(qū)1001回順底板方向視電阻率探測扇形剖面，根據(jù)物探綜合探測方向來看，前進右?guī)退椒较?0～90m、前進方向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，因此物探結論存在多解性，物探結果為鉆探提供參考資料，建議對前方區(qū)域進一步鉆探驗證，避免水害事故發(fā)生。
作者簡介：郝立彬（1972-），男，工程師。2011年畢業(yè)于遼寧工程技術大學采礦專業(yè)，現(xiàn)任東義公司地測防治水技術科科長。聯(lián)系電話：15035359116。
打印本文
關閉窗口