山西古交礦區瞬變電磁法解釋參數研究

郭盛彬

（西山煤電集團公司，山西 太原 030053）

礦井主要充水水源為煤層底板奧陶系碳酸鹽巖含水層和煤層頂板太原組灰巖裂隙含水層。奧灰峰峰組水位標高860～880m，8號煤底板標高576.5～859.7m，下組煤全區帶壓，最大帶壓3.1MPa，煤層開采受到奧灰承壓水威脅。屯蘭煤礦相鄰的馬蘭煤礦和武家莊煤礦曾發生過陷落柱和斷層導通奧灰水的突水事故。煤層頂板太原組灰巖裂隙含水層在礦井北部靠近汾河區域富水性好，含水層受地表水補給，回采工作面局部富水區最大涌水量達到80m3/h，對生產影響較大。曾經發生過無計劃揭露斷層導致瓦斯超限，對構造和富水異常區的超前探測十分重要。結合近幾年屯蘭煤礦瞬變電磁超前物探的采勘對比總結得出的解釋參數，以掘進工作面超前物探作為驗證，對古交礦區屯蘭煤礦地層電性參數進行進一步研究。

1 地質概況

古交礦區屯蘭煤礦地處西山煤田西北部，為典型的華北型石炭二疊系煤田。井田整體構造形態為一單斜構造，地層走向NW30～60°，傾向SW，傾角5～10°，主采2、8、9號煤層。井田內陷落柱和斷層較發育，至2017年底共揭露落差5m以上斷層共79條，陷落柱149個。

2 儀器與施工方法

2.1 儀器

本次探測使用儀器為飛翼股份有限責任公司研制的YCS160型瞬變電磁測深儀，YCS160礦用瞬變電磁儀對低阻充水破碎帶反映特別靈敏，體積效應小，縱橫向分辨率高，且具有施工方便、快捷、效率高等優點[1-3]，既可以用于煤礦掘進頭前方，也可以用于巷道側幫、煤層頂、底板等探測，為煤礦企業在生產過程中水患和導水構造的超前預測預報提供技術手段（表1）。

表1 YCS160型瞬變電磁測深儀相關參數

2.2 施工方法

探測方向沿工作面掘進方向進行探測，根據多匝小回線發射電磁場的方向性，可認為線框平面的法線方向即為瞬變電磁探測方向[4]。因此，將發射、接收線框平面分別對準工作面正前方180°范圍內進行探測（圖1），即以垂直左幫為起點，順時針旋轉180°（共11個發射點）至垂直右幫探測結束。

3 探測結果分析

3.1 超前物探探測結果

（1）圖1是12412軌道順槽G4#點前103～193m瞬變電磁探測視電阻率平面圖，顯示右手幫70～100m處存在低阻異常區（最低阻值5Ω·m），推測為煤層頂板砂巖裂隙水。掘進前方50～60m處顯示有高阻異常（最高阻值280Ω·m），預計揭露構造。

圖1 G4#點前103～202m瞬變電磁探測視電阻率圖

（2）圖2是12412軌道順槽7#點前141～231m瞬變電磁探測視電阻率平面圖，根據探測資料分析向前90m范圍內未發現明顯低阻異常區。30～40m處顯示有高阻異常（最高阻值280Ω·m），預計會揭露地質構造。

（3）圖3是22111皮帶順槽4#點前74～164m瞬變電磁探測視電阻率平面圖，探測資料顯示向前左側幫橫軸40～100m、縱軸0～30m存在低阻異常區（最低視電阻率阻值5Ω·m）。25～35m處有高阻異常（最高阻值265Ω·m），預計會揭露地質構造。

圖2 7#點前141～231m瞬變電磁探測視電阻率圖

圖3 4#點前74～164m瞬變電磁探測視電阻率圖

（4）圖4是北一下組煤軌道巷G12#點前130～220m瞬變電磁探測視電阻率平面圖，探測資料顯示方向向前右幫50～75m范圍內為低阻異常區（最低阻值為3Ω·m），預計向前50～75m頂板低阻異常為灰巖裂隙水影響造成。

圖4 G12#點前130～220m瞬變電磁探測視電阻率圖

3.2 超前探異常區驗證情況

（1）對12412軌道順槽G4#點前探測到的低阻異常區進行鉆探驗證，施工一個探放水鉆孔鉆進80m至異常區后孔內有水涌出，水量約3m3/h。取水樣進行水質化驗，化驗結果為頂板砂巖裂隙水，待放水結束后巷道正常掘進。施工探構造孔對掘進前方50m處高阻異常區進行探測，打鉆后判斷為斷層。

（2）對12412軌道順槽7#點前約181m處探測到的高阻異常進行鉆探驗證，鉆孔揭露情況表明有斷層存在。

（3）對22111皮帶順槽4#點前約120m處的低阻異常區進行鉆探驗證，施工一個放水孔進尺50m至異常區后孔內有大量水涌出，水量約10m3/h。取水樣進行水質化驗，化驗結果為頂板砂巖裂隙水，待放水結束后巷道正常掘進。施工探構造孔對掘進前方約30m處高阻異常區進行探測，打鉆后判斷為斷層，

（4）對北一下組煤軌道巷G12#點前160m處的低阻異常區進行鉆探驗證，施工一個放水孔進尺60m至異常區后孔內有大量水涌出，水量約15m3/h。取水樣進行水質化驗，化驗結果為頂板太原組灰巖裂隙水，待放水結束后巷道正常掘進。

超前物探在屯蘭煤礦安全生產保障方面發揮著重要的作用。在防治水方面對前方富水異常區探測結果分析對比，認為在5Ω·m以下的為低阻異常，因此把5Ω·m作為低阻異常的門檻值，在礦井其他工作面的超前探測中證明其劃分是可行的。

地質構造對于礦井的安全生產有著十分重要的影響，所以準確探測并預報地質構造是十分關鍵的。研究認為視電阻率高于200Ω·m可解釋為陷落柱，達到260Ω·m可解釋為斷層（表2）。

4 結論

（1）經過對工作面超前瞬變電磁探測結果的驗證以及探采對比分析，認為古交礦區低阻異常區的門檻值為5Ω·m，高阻異常區的門檻值為200Ω·m，高于200Ω·m，可解釋為陷落柱，當達到260Ω·m時可解釋為斷層。此研究成果在研究區其他工作面超前探測應用中取得了較好的效果，提高了超前物探的準確程度。

（2）超前物探中應加強采勘對比工作，確定區域異常區門檻值，提高超前探測解釋精度，此方法在該區域實際應用中證明是可行的。

表2 古交礦區地層電性參數值表