綜合物探在煤礦超前探中的應(yīng)用研究

劉江敏+樊林林+邢楷+郝宇軍

摘 要：文章介紹了使用瞬變電磁法、鉆孔激發(fā)極化法探測(cè)煤礦掘進(jìn)工作面前方地質(zhì)信息，以評(píng)價(jià)前方掘進(jìn)空間含水性的技術(shù)方法與效果。綜合物探減少了單一探測(cè)參數(shù)評(píng)判導(dǎo)致的多解性，提高了探測(cè)結(jié)果分析解釋的準(zhǔn)確性，可有效地解決煤礦井下巷道掘進(jìn)頭隱伏水患的預(yù)報(bào)問(wèn)題，確保巷道掘進(jìn)過(guò)程中的安全。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁；激發(fā)極化；綜合物探；含水性；安全

在煤礦生產(chǎn)中，水害是影響掘進(jìn)工作面安全生產(chǎn)的重大災(zāi)害之一。我國(guó)煤炭生產(chǎn)能力日益增大，采空區(qū)積水、構(gòu)造及陷落柱導(dǎo)含水等對(duì)煤礦安全生產(chǎn)構(gòu)成極大威脅。同時(shí)，由于小煤窯無(wú)序開采、越界開采造成的未知老空水問(wèn)題日益突出。因此，查明掘進(jìn)工作面前方含水性，為煤礦防治水及安全生產(chǎn)提供依據(jù)很有必要。近年來(lái)，運(yùn)用瞬變電磁法、鉆孔激發(fā)極化法等綜合物探方法，在掘進(jìn)工作面進(jìn)行探水取得了較好效果。

1 綜合物探方法原理與優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 瞬變電磁法

瞬變電磁法也稱時(shí)間域電磁法（Time domain electromagnetic methods），簡(jiǎn)稱TEM，它是利用不接地回線或電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場(chǎng)，用線圈或接地電極觀測(cè)由該脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布，來(lái)解決有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的時(shí)間電磁法。具有對(duì)水體反應(yīng)靈敏，橫向分辨率高，工作效率高等優(yōu)勢(shì)。

但其缺點(diǎn)也很明顯，主要有：測(cè)量信號(hào)弱、裝置參數(shù)設(shè)置較復(fù)雜、受掘進(jìn)機(jī)、巷道底板的鐵軌、工字鋼支護(hù)、錨桿支護(hù)、運(yùn)輸皮帶支架等各種金屬設(shè)施影響較大、數(shù)據(jù)分析復(fù)雜，結(jié)果多解性較高等。

1.2 鉆孔激發(fā)極化法

激發(fā)極化法是根據(jù)巖礦的激發(fā)極化效應(yīng)來(lái)探測(cè)未知水源的一種電法勘探方法。在向目標(biāo)體充放電過(guò)程中，由于電化學(xué)作用引起一種隨時(shí)間變化而變化的電場(chǎng)現(xiàn)象，稱為激發(fā)極化效應(yīng)（IP效應(yīng)）。激發(fā)極化法以該效應(yīng)為理論基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)目標(biāo)體激電效應(yīng)，以探測(cè)目標(biāo)區(qū)域地質(zhì)情況。

鉆孔激發(fā)極化法是針對(duì)以數(shù)量有限的探孔推斷前方水文地質(zhì)情況具有很大的局限性，無(wú)法確定前方巖層賦水性的三維空間分布情況的這種情況，而提出的利用探孔進(jìn)行激發(fā)極化法超前探水。其工作方式是將測(cè)量探頭從孔口10m處開始測(cè)量，每1m進(jìn)行一次采集數(shù)據(jù)（每次同時(shí)采集視電阻率值和視激發(fā)極化值），直至推進(jìn)到孔底為止，可以對(duì)鉆孔周圍和孔底30m范圍內(nèi)進(jìn)行探測(cè)預(yù)報(bào)。探測(cè)時(shí)電阻率法和激發(fā)極化法同時(shí)進(jìn)行，可得到多種參數(shù)的探測(cè)數(shù)據(jù)，能將數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行處理、分析和預(yù)報(bào)，可以對(duì)富水體及導(dǎo)水通道等有害地質(zhì)體進(jìn)行精細(xì)有效的探測(cè)預(yù)報(bào)，是一種全新的礦井巷道超前探水預(yù)報(bào)儀。可大大減少鉆孔探測(cè)數(shù)量，節(jié)省時(shí)間和成本，提高工作效益，同時(shí)又提高煤礦井下巷道掘進(jìn)隱伏水患的排除能力。

2 綜合物探應(yīng)用效果

2.1 物探結(jié)果

在晉煤集團(tuán)某礦43133掘進(jìn)工作面401m進(jìn)行瞬變電磁法進(jìn)行探測(cè)后，順層探測(cè)方向探測(cè)結(jié)果為圖1。結(jié)果中圈定低阻異常一個(gè)，推斷其為前方采空區(qū)水影響。鉆孔激發(fā)極化法探測(cè)結(jié)果如圖2，采用鉆孔頻率域激發(fā)極化法的視電阻率和視極化率二參數(shù)進(jìn)行探測(cè)。結(jié)果中視電阻率和視極化率在距鉆孔口的29m-53m段出現(xiàn)異常區(qū)域，從探測(cè)數(shù)據(jù)曲線的形態(tài)分析，該段鉆孔周圍應(yīng)可能有含水體。

2.2 鉆探結(jié)果

礦方開展正常鉆探時(shí)前方未有異常情況。根據(jù)物探結(jié)果在左幫補(bǔ)加鉆孔，在40m處出水，與探測(cè)結(jié)果相符合。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）鉆孔激發(fā)極化法探水技術(shù)是鉆探與物探的有機(jī)結(jié)合，可以避免磁場(chǎng)，金屬等外界干擾因素；具有操作方便、花費(fèi)較低、結(jié)果通俗易懂、不易受現(xiàn)場(chǎng)干擾等優(yōu)點(diǎn)，具有較大的煤礦應(yīng)用性，可有效地解決煤礦井下巷道掘進(jìn)頭隱伏水患的預(yù)報(bào)問(wèn)題，確保巷道掘進(jìn)過(guò)程中的安全。

（2）利用瞬變電磁法、鉆孔激發(fā)極化法綜合探測(cè)，之后相互印證解釋結(jié)果，大大減少了瞬變電磁法探測(cè)結(jié)果的多解性，可以提高物探結(jié)果分析解釋的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1]吳有信，韓東亞，王琦.煤礦深部開采地質(zhì)保障中的綜合物探技術(shù)應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2009（02）.

[2]吳有信，方舍珍.綜合物探在煤礦深部開采與災(zāi)害防治中的應(yīng)用[A].中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)礦井地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)2008年學(xué)術(shù)論壇文集[C].2008（09）.

[3]李玉寶.煤礦井下物探技術(shù)發(fā)展回顧與展望[A].第九屆全國(guó)采礦學(xué)術(shù)會(huì)議暨礦山技術(shù)設(shè)備展示會(huì)論文集[C].2012（08）.

[4]劉國(guó)興.電法勘探原理與方法[M].北京：地質(zhì)出版社，2005：95-105.

[5]激發(fā)極化法電法勘探[M].閻立光，等譯.北京：地質(zhì)出版社，1983.

[6]郭開文.煤礦防治水工作中勘探方法的綜合運(yùn)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2012（11）.

[7]康鴻文，滿立新.瞬變電磁法在煤礦防治水工作中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（21）.