物探與鉆探相結(jié)合在恒寶源煤業(yè)巷道超前探測中的應(yīng)用

牛亮紅

0 引言

隨著時代變革與國內(nèi)經(jīng)濟的高速發(fā)展，工業(yè)化水平穩(wěn)步上升，對能源的需求也逐年增加。礦井開采條件的日益復(fù)雜，礦井受水害的威脅更是日益嚴重，尤其對地質(zhì)條件特別復(fù)雜的資源整合礦井。本文以恒寶源煤業(yè)為例，實踐驗證了一套礦井直流電法與瞬變電磁法探測結(jié)合鉆探超前探測驗證的掘進巷道超前探測技術(shù)，探查巷道掘進前方的導(dǎo)含水構(gòu)造（斷層），并對異常區(qū)進行治理，為巷道安全掘進提供可靠的地質(zhì)資料，為減少水害隱患有著不可估量的意義。

1 概況

大同煤礦集團恒寶源煤業(yè)有限公司是按照山西省煤礦企業(yè)兼并重組整合工作領(lǐng)導(dǎo)組辦公室晉煤重組辦發(fā)【2009】21 號文件兼并重組整合而成的。礦井2011年4月18日開始建設(shè)，2014年9月28日完成礦井大驗收正式轉(zhuǎn)入生產(chǎn)礦井。批準開采4#—11#煤層，生產(chǎn)規(guī)模90 萬噸/年。2016年4月劃歸朔州煤電公司管理。礦井位于朔州市朔城區(qū)下團堡鄉(xiāng)上磨石溝-白家窯村一帶，礦井東南距下團堡鄉(xiāng)8 km，距大（同）—運（城）二級公路10 km，距朔州市16 km，行政區(qū)隸屬朔州市朔城區(qū)下團堡鄉(xiāng)管轄。

9#層2201 順槽布置在黨家廟保護煤柱南，井工業(yè)廣場北之間的溝谷荒坡，北部為平魯黨家溝煤礦，西部為露頭煤層風(fēng)氧化帶,東部與西沙河煤礦相鄰，南部為本礦工業(yè)廣場。本井田位于寧武煤田平朔礦區(qū)西部，總體為褶曲構(gòu)造形態(tài)，位于本井田S1向斜，軸向近南北，向北傾伏，東翼地層傾角為11°-14°，西翼地層傾角為22°-45°。9#煤層屬穩(wěn)定煤層，結(jié)構(gòu)較簡單，平均厚度為13.65 m，含1～6層夾矸，夾矸巖性為炭質(zhì)泥巖，總計夾矸厚度2 m，夾矸巖性多為泥巖、炭質(zhì)泥巖、粉砂巖，煤層凈厚度為11.56 m。該巷位于二采區(qū)9#煤層北翼，為9#層二采區(qū)8201 工作面皮帶進風(fēng)順槽，其設(shè)計長度879 m，坡度5°～10°，掘進方位270°，南部為9#層5201回風(fēng)順槽，東部為二采區(qū)巷道和F2逆斷層。該巷道。服務(wù)年限至9#層8201工作面開采結(jié)束為止。

2 物探方法原理及實踐

2.1 瞬變電磁法

瞬變電磁法是利用地殼中巖石與礦石的導(dǎo)電性差異為主要物質(zhì)基礎(chǔ)，由不接地回線或接地線源（電極）通以脈沖電流做為場源，在一次脈沖磁場的間歇期間，感應(yīng)電流由于熱損耗而隨時間衰減，通過測量斷電二次場隨時間變化的響應(yīng)，從而達到了解介質(zhì)的電性變化情況的目的。

本次礦井瞬變電磁法勘探試驗采用加拿大GEONICS公司的PROTEM CMX瞬變電磁儀施工，布置沿9#層2201 巷R14 點前43 m 處布置三個不同方向探測的測線，每條測線13 個物理點，總計探測39 個物理點。現(xiàn)場發(fā)射機采用內(nèi)置12 V 電池，電流1.3 A，發(fā)射頻率25 Hz 發(fā)射框與接收框間距6 m；發(fā)射框尺寸1 m×1 m，接收線框為1D 線框。積分時間30 s，數(shù)據(jù)采集采用30門。數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果如圖1。

圖1 9#層2201巷R14點前43 m處超前探視電阻率探測

圖1為9#層2201 巷R14 點前43 m 處超前探視電阻率探測圖，分別為0°方向，斜向上15°方向,斜向下15°方向。圖中紅色虛線所圈范圍為低阻異常區(qū)。且圖中低阻異常區(qū)特征較強，低阻異常范圍較大。

2.2 直流電法

直流電法超前探測主要是依據(jù)單極—偶極電阻率法測量原理，利用單點電源A供電，另一供電電極B置于“無窮遠”，點電源A 形成的等電位面為球面，通過觀測測量電極M、N 之間的電位差，該電位差為MN 所夾球殼內(nèi)巖體的綜合電性響應(yīng)。

圖2 直流電法超前探測

本次探測采用西安博深公司生產(chǎn)的YTD400(A)直流電法全方位物探儀，由于工作面迎頭有大量積水，對探測數(shù)據(jù)精確度有一定影響。且由于巷道距離不夠，只采集15 個物理點。勘探試驗施工布置為，沿9#層2201巷R14點前43 m處掘進頭布置測線1條，每條測線15 個物理點，每個物理點探測3 次，總計探測45 個物理點。

圖3 數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果

圖3為9#層2201 巷R14 點前43 m 處超前探視電阻率探測圖，圖中紅色虛線所圈范圍為低阻異常區(qū)。圖中低阻異常區(qū)低阻異常特征較弱，低阻異常范圍較小。該處異常區(qū)疑為迎頭大量積水引起的低阻異常。

3 探測效果分析

本次探測起點位置在巷道掘進至94 m 位置。瞬變與直流電法探測結(jié)果分析，探測目標區(qū)低阻異常區(qū)域特征較強，結(jié)合水文地質(zhì)資料及現(xiàn)場地質(zhì)情況分析在迎頭前方45 m左右為巖層電性變化較明顯異常區(qū)，重合異常區(qū)可能相對富水性大，可能為較大斷層等地質(zhì)構(gòu)造引起。需鉆探驗證，并為后續(xù)施工探明條件。

4 施工鉆探地點及鉆機參數(shù)

施工鉆探地點在9#層2201 順槽巷掘進工作面迎頭，采用ZYJ-800/190型架柱式液壓回轉(zhuǎn)鉆機開孔，電機功率22 kW，鉆桿使用直徑42 mm 鉆桿，開孔采用65 mm鉆頭鉆進。鉆孔參數(shù)見表1。

表1 鉆孔參數(shù)

圖4 鉆孔鉆探施工布置

5 結(jié)果分析

通過分析物探與鉆探的相吻合的結(jié)果，推斷9#層2201順槽在以270°方位掘進到140 m～170 m處將揭露的落差50 m 左右的F10 正斷層,施工單位在過斷層時可據(jù)實探查結(jié)果及時調(diào)整掘進作業(yè)方案必要的采取措施加強支護，并提前預(yù)備水泵等排水防水工作，能夠?qū)崿F(xiàn)對掘進前方隱伏含水導(dǎo)水構(gòu)造的超前預(yù)報，防止在掘進、回采過程中的誤判誤揭含水導(dǎo)水構(gòu)造而造成礦井突水、頂板冒落事故。

6 結(jié)論

掘進施工到預(yù)測位置時，遇到頂板臨水加大，揭露的落差50 m 左右的F10 正斷層。在施工中采用直流電法和瞬變電磁法，為有掘必探依照“物探提供靶區(qū)，鉆探驗證”的思路，為后續(xù)的采掘施工探明地質(zhì)構(gòu)造、斷層條件，為防治水提供有力保障依據(jù)。解決施工掘進的盲目性、未知性，有效提高了巷道超前探測的準確性，保證了安全生產(chǎn)。