礦井直流電透視法在麥捷煤礦巷道掘進中的應用

李彥軍

(山西潞安環保能源開發股份有限公司常村煤礦)

麥捷煤礦是常村煤礦的6個整合礦之一[1]，由于煤層開采年代間隔久遠，呈現剩余儲量呈不規則分布、采空范圍大、煤層多、埋藏較淺等特點，加之開采圖紙資料不全、不實，導致區內存在不明老空和積水區，對安全生產等造成較大隱患[2-3]。礦井直流電透視法是以巖石導電性差異為基礎，通過在工作面一側巷道供電，在另一側巷道一定范圍內接收而形成一個扇形掃描區，以此來達到探測工作面內部地質構造及含水層富水性目的的方法[4-5]，在采區構造探測和礦井突水、瓦斯突出、沖擊礦壓等地質災害的預測預報中應用廣泛[6-7]。利用礦井直流電透視法在麥捷煤礦312配風巷和205軌道順風巷開展超前探測，效果良好，為巷道的安全掘進提供技術保障。

1 工作區地質概況

麥捷煤礦目前開采煤層為二疊系下統山西組3號煤，頂板為K砂巖，層位較穩定，K砂巖上部為K8砂巖，之間層理水平交錯發育，厚41.24～65.85 m，平均54.34 m。K8砂巖頂至K10砂巖底,與下伏山西組呈整合接觸，厚41.28～77.87 m,平均61.40 m，厚度變化不大，由淺灰綠色—灰色泥巖、砂質泥巖，灰—灰白色中細粒砂巖組成。3號煤層底部K7砂體多為薄層狀細粒砂巖，側向上局部過渡為粉砂巖，厚度較小，潮汐層理發育，多向交錯層理發育，逆粒序，屬水下分支河道及河口遠端壩沉積[8]。

2 水文地質概況

水文地質資料顯示，預計礦井內煤層一次全高開采時產生的導水裂隙最大高度范圍為32.99～94.54 m，一般可以溝通上覆K8砂巖含水層，局部地段可溝通K10砂巖含水層。因此目前影響麥捷煤礦3號煤開采的主要充水水源為直接頂、上底K8、K10砂巖含水層[9]。礦井內奧灰水水位標高為650 m左右，目前3號煤層位于奧灰水壓力之下，屬帶壓開采，水頭高出3號煤層底板71.11(3 191孔)～332.90(3 152孔)m，但其間有119 m以上的隔水層相隔，若無構造溝通或人為破壞，對煤層開采影響不大。但若有地質構造、破碎裂隙帶、封閉不良鉆孔等自然或人為因素導水通道存在的情況下，仍然存在奧灰水突水危險[10]。

3 工作方法

為盡量多方向了解不同角度的掘進前方老空和積水區及其它類型富水區情況，確保巷道的掘進安全，本次超前探測在312配風巷和205軌道順風巷各布置3個探測點、3個方向探測剖面(30°、0°、-30°)(圖1),探測范圍包括:①巷道迎頭前方100 m(探測方向0°)；②巷道迎頭前方頂板100 m(探測方向30°)；③巷道迎頭前方底板100 m(探測方向-30°)；④巷道迎頭前方左側幫、右側幫100 m。

圖1 312配風巷/205皮順巷超前探測現場施工平面

4 異常及解譯

4.1 312配風巷超前探測

(1)頂板。迎頭前方頂板(探測方向30°,探測深度100 m)度超前探測成果圖(圖2)可見，探測區域內沒有明顯的異常，探測點右前方在斜長約60 m內視電阻率值下降到2～4 Ω·m。推斷：①無老空與積水區，即迎頭前方頂板左側幫、右側幫和頂板各100 m的深度范圍內,無老空與積水區。②探測區域內未發現明顯的異常，由于阻值整體偏低，因此預計迎頭前方頂板右側(紅線區域所示范圍)內可能存在少量弱富水現象,但對巷道掘進安全生產無影響。

圖2 312配風巷迎頭前方頂板超前探測成果

(2)巷道水平方向。迎頭順層0°方向(探測方向0°,探測深度100 m)超前探測成果圖(圖3)可見，探測區域內相對低阻的異常區域增多，探測點左前方40 m外、近正前方60 m外、右前方約60 m外的阻值降到1～3 Ω·m，與30°探測結果橫向對比，推斷此處富水性略有增加，可能局部存在少量弱富水現象,但對巷道掘進安全生產無影響。綜合推斷：無老空與積水區，即迎頭前方左側幫、右側幫各100 m的深度范圍內無老空與積水區。

圖3 312配風巷迎頭前方頂板超前探測成果

(3)底板。迎頭底板向下30°方向(探測方向-30°,探測深度100 m)超前探測成果圖(圖4)與圖2、圖3相比，探測區域內相對低阻的區域有向左偏的趨勢，富水性相對變得更弱。因此推斷該方向探測范圍內富水性較差。綜合推斷:①無老空與積水區，即迎頭前方底板左側幫、右側幫和頂板各100 m的深度范圍內,無老空與積水區。②探測區域內相對低阻的區域有向左偏的趨勢，富水性相對變得更弱。對巷道掘進安全生產無影響。

圖4 312配風巷迎頭前方底板超前探測成果

(4)探測結果。在312配風巷道迎頭正前方探測區域內，即巷道迎頭前方100 m、巷道迎頭前方頂板100 m、 巷道迎頭前方底板100 m和巷道迎頭前方左側幫、右側幫100 m內，均無老空與積水區；基本沒有其它類型的富水區,對巷道掘進安全生產無影響。

4.2 205軌道順風巷超前探測

(1)頂板。迎頭前方頂板(探測方向30°,探測深度100 m)超前探測成果圖(圖5)上，探測區域內沒有明顯的異常，在巷道迎頭正前方視電阻率反映均出現高阻現象，分析富水的可能性不大，對巷道掘進安全生產無影響。綜合推斷：①無老空與積水區，即迎頭前方頂板左側幫、右側幫和頂板各100 m的深度范圍內,無老空與積水區。②探測區域內未發現明顯的異常，在巷道迎頭正前方富水的可能性不大，對巷道掘進安全生產無影響。

圖5 205軌道順風巷迎頭前方頂板超前探測成果

(2)巷道水平方向。迎頭順層0°方向(探測方向0°,探測深度100 m)超前探測成果圖(圖6)顯示，在探測范圍內順層巷道右側50～100 m范圍內出現比較明顯的低阻異常，分析該范圍內可能存在局部富水現象，但低阻異常與圖5異常信息不連續，故應無老空與積水區。綜合推斷：①無老空與積水區，即迎頭前方左側幫、右側幫各100 m的深度范圍內,無老空與積水區。②在探測范圍內順層巷道右側50～100 m范圍內可能存在局部富水現象，需要進一步驗證。

圖6 205軌道順風巷迎頭前方順層超前探測成果

(3)底板。迎頭底板向下30°方向(探測方向-30°,探測深度100 m)超前探測成果圖(圖7)顯示，在巷道迎頭前方100 m范圍，阻值較高，賦水的可能性不大。綜合推斷：①無老空與積水區，即迎頭前方底板左側幫、右側幫和頂板各100 m的深度范圍內，無老空與積水區。②在探測范圍內，也無其它類型的富水區。

圖7 205軌道順風巷迎頭前方底板超前探測成果

(4)探測結果。在205軌道順風巷道迎頭正前方探測區域內，即巷道迎頭前方100 m、巷道迎頭前方頂板100 m、 巷道迎頭前方底板100 m和巷道迎頭前方左側幫、右側幫100 m內，均無老空與積水區；在在探測范圍內順層巷道右側50～100 m范圍內可能存在局部富水現象。

(5)驗證。在205軌道順風巷內,沿迎頭順層0°方向向右側幫打鉆90 m，鉆孔有水流出，出水量約2.3 m3/h；鉆孔未發現老空與積水區。

5 結 論

(1)在312配風巷和205軌道順風巷的巷道迎頭正前方探測區域內，即巷道迎頭前方100 m、巷道迎頭前方頂板100 m、 巷道迎頭前方底板100 m和巷道迎頭前方左側幫、右側幫100 m內，均無老空與積水區。

(2)探測結果顯示205軌道順風巷順層巷道右側50～100 m范圍內可能存在局部富水現象，經鉆孔驗證，出水量約2.3 m3/h。

(3)礦井直流電透視法在探測巷道迎頭前方有無老空和積水區及其它類型富水區分布，該探測結果對保障巷道的掘進安全方面行之有效。