李雅莊煤礦斷層構造的探測研究

單廣軍

（山西省臨汾市霍州煤電集團公司李雅莊煤礦，山西 霍州 031400）

對于煤礦小型斷層構造的探測，采用單一的探測技術很難達到良好的效果。而采用多種探測技術進行綜合探測，各探測結果進行互相印證，能大大提高預測預報的準確性。本文對524運聯巷DF3斷層采用瞬變電磁法、多波地震法和礦井直流電法進行綜合探測，準確掌握DF3斷層構造的具體情況，為李雅莊煤礦的生產和防治水措施提供技術支撐。

1 工程概況

霍州煤電集團公司李雅莊煤礦始建于1990年5月，礦井設計生產能力150萬t/a的礦井、入洗能力270萬t/a的洗煤廠。當前李雅莊煤礦五采區524運聯巷在3#煤底板巖層中掘進，524運聯巷迎頭距地面垂直距離為630m。該煤礦五采區存在DF3斷層，走向近EW，傾向S，傾角70°，落差0～40m，延展長度1000m，正斷層。為了能確保524運聯巷的掘進安全，必須對DF3斷層的位置、富水性和導水性進行進一步的查證。

2 礦井瞬變電磁法探測

瞬變電磁法探測是煤礦井水中應用最普遍的物探方法之一，可以探測并圈定巷道內部的富水異常區，再采用其他探測方法進行驗證。本次探測儀器選擇加拿大Geonics公司PROTEM-47瞬變電磁系統。PROTEM-47屬于小、輕便的發射系統，關斷時間極短，探測距離可以達到100～120m。

2.1 探測方案設計

針對李雅莊煤礦524運聯巷迎頭進行超前探測，本次探測在沿著煤層斜上方45°、60°、45°、75°，以及垂直90°方向分別布置，如圖1所示。同時還對巷道的底板也進行富水性的探測，找出異常區。

2.2 探測成果分析

針對524運聯巷的瞬變電磁探測，其成果圖如圖1所示。從圖1中可以看到，在該巷道的右幫前方有大片高阻異常反射區，這說明該區域的巖體已破碎，無富水區域；另外也有可能是該區域巖體在排水后再呈現出的高阻異常反射。但是對于巷道左幫區域的異常反射無明顯情況，區域內的巖體局部出現低阻異常。

圖1 迎頭超前探測成果圖

從圖2迎頭底板的探測成果圖中可以看到，迎頭附近底板在約35～40m左右都出現了低阻異常區。結合該巷道底板含水層情況，說明該位置是位于太原組三灰附近，表現為非常明顯的富含水區域，其他部位低阻異常不明顯。

圖2 迎頭底板瞬變電磁探測成果圖

3 礦井地震波探測

地震波超前探測是利用地震波在傳播過程中，對不均勻地質體產生反射從而進行實識的多波多分量高分辨率技術，該探測技術專為煤礦巷道掘進施工中的地質探測而設計。地震波超前探測原理圖如圖3所示。

圖3 地震波超前探測原理圖

從圖3（a）中可以看到地震波超前探測技術的觀測系統模型，從圖3（b）中可以看到地震波的波形及界面反射波組的特征。

3.1 測線布置與數據采集

本次地震波超前探測主要是采用單邊排列觀測系統。測線1布置于迎頭位置，激發點位于左右幫，間距0.5m，激發點65個；測線2布置于迎頭后方，間距1m，激發點30個。

3.2 結果分析

地震波超前探測成果圖如圖5所示，從圖5當中可以看到有非常明顯的R1界面和R2界面。取巖體速度2.5～3.0m/s，計算所得R1界面位置為63～75.6m，R2界面位置為84～100.8m。從而可以推理在62～68m段區域內應該為斷層帶。

圖4 地震超前探測結果剖面

4 直流電法探測

直流電法探測的基本原理：礦井直流超前探采用三極裝置，在全空間介質中利用單點電源A供電，用M、N電極測量。超前探與電測探工作方式不同，它是將A極固定在巷道迎頭，向后逐點移動M、N電極，測量電位差△UMN，并以測量電極MN的中點為記錄點，計算視電阻率后，就可繪制出沿巷道的視電阻率剖面曲線。

4.1 探測方案

本次對于524運聯巷的直流探測，前期做好無窮遠及標點工作的布置。點距4m，距工作面10m設立A1電極。然后，在迎頭前方相應位置布置A1、A2、A3、A4發射電極和MN接收電極。作業時向A1、A2、A3、A4發射額定電流。本次直流電法探測方案布置如圖5所示。

圖5 直流電法超前探測方案布置圖

4.2 探測成果分析

圖6為524聯巷的直流電法探測成果圖，從圖6中可以看到，電阻率值在60Ω?m以下為積水區反射區，85Ω?m以下為巖體相對富含水區的反射區。

圖6 524聯運巷迎頭直流電法超前探測成果圖

本次探測A1電極距迎頭為20m，因已掘進導致積水出現，從圖6中可以看到為低阻異常區，在12m處出現高阻異常區，說明該區域的巖體已破碎，不富水。在17～22m段表現為低阻異常區，分析為相對富水部位。在62～68m段為高阻異常區，推測為斷層帶。在68～74m段，富水明顯，位于地震波探測成果圖中的R1與R2異常反射帶之間。

5 結論

本論文采用瞬變電磁法、地震波探測法和直流電法對李雅莊煤礦524運聯巷DF3斷層進行了探測研究，掌握了該斷層的類型、具體位置及分布特征。主要有：（1）直流電法高阻異常區及地震波R1異常區為DF3斷層，距迎頭約為63m。（2）R2異常反射區為F18斷層邊界。（3）巷道底板36～41m位置為太原組三層灰巖，為局部富水區。（4）巷道17～22m、68～74m兩段富水程度較高。