電法探測在老母坡礦的實踐與應用

閆志博，高 飛

（1.山西古縣老母坡煤業有限公司，山西 臨汾 041000；2.河北煤炭科學研究院有限公司 河北省礦井物探工程研究中心，河北 邢臺 054000）

1 概況

老母坡二采區屬于2 號煤層，煤層厚度1.1 ～1.3 m，煤層傾角3°～5°，走向北東，煤層結構簡單，厚度基本穩定。頂板為泥巖，厚度2.99 m，灰黑色、薄層狀水平層理。底板為泥巖，厚4.26 m，黑灰色、薄層狀水平層理，含微薄層狀泥質粉砂巖。該采區直接充水含水層為山西組砂巖裂隙含水層，屬弱富水性，大氣降水是該工作面主要來源，它通過基巖裂隙及松散沉積物孔隙滲入地下。該采區臨近煤礦井田邊界，存在歷史小煤窯亂采亂挖、越界開采等情況，形成位置不確定的采后老空區，因此在采掘生產期間可能會遭受不確定老空區和老空水危害。本文結合老母坡二采區實際情況，采用瞬變電磁和直流電法2 種電法探測技術對二采區的掘進巷道進行探測。

2 探測技術簡介

2.1 瞬變電磁法

瞬變電磁法是一種利用波形脈沖激發一次場，斷電后通過觀測二次感應渦流場從而探測電阻率的一種探測法。該方法具有分辨率高、生產效率高、抗干擾能力強等特點。

2.2 直流電法

直流電法是在地面某個測點上，通過加大供電電極間距離的大小，測量同—點不同距離的電阻率值的一種物探方法。探測時，測量電極和無窮遠電極固定不動，另一供電電極由近及遠移動，通過觀測供電電流及產生的電位差，可以反映出地下某一深度不同地質體電阻率的分布情況，通過排除特定位置上頂、底板巖性變化引起的電性異常從而確定測點前方煤巖層電阻率的變化情況。

3 二采區探測實例

3.1 2117 工作面上順槽切眼超前探測

2117 為2 號煤綜采工作面，靠近井田邊界與山西登福康煤業有限公司煤田邊界相鄰。其物探位置位于2117 上順槽和切眼相交位置（圖1），目的是為了探明2117 工作面切眼在達到超前允許掘進距離后，巷道掘進前方是否存在老空區積水。

探測重點在巷道正前方和右前方，平面探測范圍為一對稱扇形，空間上進行5 個角度的斜扇面探測，探測控制層位集中在同層位2 號煤。配合巷道掘進，探測工作連續進行，根據每次探測距離大小，預留20 ～30 m 安全距離進行下一次探測。依據探測成果，該礦對物探異常區進行鉆探驗證，保證安全掘進。現場探測位置及成果如圖1 ～圖2 所示。

圖1 第一次瞬變電磁超前探測位置及圈定異常區Fig.1 First transient electromagnetic advance detection location and abnormal area delineatio

圖2 第二次瞬變電磁探測位置及結果對比Fig.2 Second transient electromagnetic detection location and result comparison

瞬變電磁第一次探測在沿探測方向50 ～70 m圈定1 處異常區，由圖中可知，瞬變電磁在0 ～20 m 存在盲區。在掘進至鄰近異常區位置時，施工第二次瞬變電磁超前。分析2 次瞬變電磁探測，由于探測盲區的存在，其探測范圍前方重疊區域圈定的異常區，不能在第二次探測范圍上體現。

第二次瞬變電磁在探測范圍內排除盲區范圍并未圈定異常區，但結合直流電法超前數據結果和三次超前分析結果（圖3），彌補了瞬變電磁在0 ～20 m 探測范圍的盲區，確定在巷道正前方10 ～20 m 存在相應低阻區域。

圖3 直流電法超前圈定異常區Fig.3 Direct current method advance abnormal area delineation

圖4 物探結果對比分析Fig.4 Geophysical exploration results comparison and analysis

該礦在物探結論的基礎上對目標區域進行鉆探驗證，在孔深12 m 位置時鉆孔出水，存在小窯老空積水區。對目標老空水區域進行疏排，避免了一次可能的突水事故。

3.2 2121 工作面切眼超前探測

2121 工作面為二采區最后開掘工作面，位于2119 工作面南側，此次探測位置如圖5 所示。巷道前方是否存在小窯巷道和老空區積水情況不明，采用瞬變電磁超前探測技術和直流電法超前探測技術相結合的方式探測目標區域。

圖5 2121 上順槽切眼瞬變電磁超前解析Fig.5 Transient electromagnetic advance analysis of 2121 upper roadway cut

探測在巷道迎頭進行，探測角度水平方向為左90°～右90°，垂直方向為+40°～-60°，間隔15°測量，探測解釋距離100 m。

瞬變電磁探測顯示巷道迎頭前方20 ～40 m 存在1 處低阻異常，在0 ～20 m 存在盲區。直流電法超前數據分析在巷道前方線性區域內20 ～40 m 存在低阻區域，在瞬變電磁正前方盲區0 ～20 m 內不存在低阻異常區（圖6）。

圖6 2121 直流電法超前物探分析結果Fig.6 Analysis result of direct current method advanced geophysical exploration in No.2121 face

2 種物探方法結果相互佐證，提高了小窯老空區探出的準確率。通過探鉆進行驗證，同煤層鉆探24 m 左右時鉆孔出水，分析可能存在小窯老空水，其與探測異常區位置基本一致。為確保巷道掘進安全和后期工作面安全回采，該礦采取了封堵鉆孔并停止向前掘進的措施。

3.3 2119 工作面下順槽切眼超前探測

2119 工作面下順槽是2119 工作面和2121 工作面合用巷道，亦屬于2121 工作面上順槽。在掘進至探測位置后，為確定2119 工作面是否可以繼續向前掘進，保證2119 工作面煤層的可采性，需確定巷道迎頭前方2119 工作面一側的煤層中是否存在老空區積水。

依據巷道條件，優先選用瞬變電磁多方位超前探測技術對目標區域進行探測，工作布置及探測成果如圖7 所示。

圖7 瞬變電磁超前位置及分析成果Fig.7 Transient electromagnetic advance location and analysis results

根據探測結果，圈定1 處低阻異常區，其圈定依據右側30°、45°探測方向，沿探測范圍30 ～60 m。經該礦鉆探驗證，鉆孔54 m 有水，為2 號煤采空區積水。該礦依據物探成果及鉆探成果，留設足夠寬度的防隔水煤柱，保證了安全生產。

直流電法工作布置在2119 工作面下順槽，由于巷道條件限制，探測方向僅限于巷道正前方迎頭方向。經過數據處理解析（圖8），在巷道正前方未圈定異常區，其結果和瞬變電磁結果相印證，物探結果顯示巷道掘進前方無異常，可以繼續掘進，為2121 工作面提前做技術準備。

圖8 直流電法超前成果圖Fig.8 Direct current method advance results

此次工作充分利用了瞬變電磁測量距離長、對水敏感、定向性好的特性，采用井下瞬變電磁巷道多方位超前探測技術解決了實際生產中遇到的問題。但瞬變電磁超前圈定的老空區含水范圍較打鉆距離差別較大，分析可能由于現場條件影響所致。因此，在巷道條件允許的情況下應盡量施工直流電法超前，進一步提高解析精度和準確率。

4 結語

瞬變電磁超前探測存在盲區，與直流電法超前相結合彌補了部分探測盲區，并且2 種方法互相印證探測結果的可靠性，提高了對巷道掘進中正前方遇到的含水異常體的探出率、準確率，避免了突水事故、保證了掘進安全，效果突出，在該礦具有重大的現實意義。