古城煤礦瞬變電磁技術在探測富水區中的應用

范鵬凱

(潞安化工集團 古城煤礦，山西 長治 046000)

當前，煤礦安全生產已經成為社會各界越來越關注的問題。其中，礦井在巷道掘進過程中受前方富水區的影響是煤礦在生產過程中經常會遇到的問題，尤其在一些地質條件復雜或者富水區較強的礦井[1-4]。因此，如果用瞬變電磁技術對巷道掘進前方富水區的形狀、位置、富水程度、對巷道產生的影響等相關因素進行準確的判讀[5-6]，并根據實際情況制定出相應的安全技術措施，對于礦井的安全生產具有重要的指導意義。

1 工程概況

古城煤礦北二盤區N2301輔助運輸巷按照方位角174°00′00″沿煤層頂板掘進，根據現有三維地震資料和地面瞬變電磁成果資料顯示：巷道里程1 146 m處，巷道右側煤墻內可能受X16陷落柱的影響，此處標高：+407.5 m，地面標高：+940.2 m，埋深532.7 m。為了準確探明N2301輔助運輸巷150 m范圍內煤巖層的富水性情況，為工作面回采提供參考依據，我礦采用礦井瞬變電磁探測技術對N2301輔助運輸巷以FS10測點為起點往切眼方向40 m和往巷道開口方向110 m共計150 m的距離進行了超前探測。

2 現場施工布置

本次探測層位為3號煤層，頂板為炭質泥巖、泥巖，巷道支護形式采用錨網+錨桿+錨索+鋼筋梯子梁聯合支護，探測幫部有三根鋼管，分別為排水管、靜壓水管、壓風管，據鋼管800 mm為膠帶架，膠帶架上方800 mm為瓦斯抽放管，鉆機放置位置在FS10號測點。井下探測過程中，要盡可能減少各種干擾(錨桿、錨網、鋼管和金屬橋架等金屬器材)，創造較為有利的探測環境，見圖1。

圖1 探測位置示意

N2301輔助運輸巷本次探測工作量：N2301輔助運輸巷以FS10測點為起點往切眼方向40 m和往巷口方向110 m共計150 m進行探測，每3 m一個測點，每個測點三個探測方向，分別為：上偏30°、順層0°、下偏30°，以獲得該區域盡可能準確的水文地質資料，共計153個物理數據采集點，見圖2。

圖2 工作面探測方向剖面布置示意

3 物探解釋成果及建議

受探測技術發射電流大小、頻率及發射線圈匝數，接受線圈匝數等技術參數影響，本次瞬變電磁探測盲區約為15 m。

如圖3所示，本次瞬變電磁探測區域的電阻值的大小用圖右側長條比色卡表示，數值越小，表示探測區域中電阻率值越小，電阻率值越小，反映出所探測區域存在可能較發育的裂隙、富水性較好等異常信號，也是巷道在掘進和工作面回采過程中需要重點鉆探和關注的區域。

圖3 瞬變電磁超前探測偏上30°平面

偏上30°探測范圍內存在3個低阻異常區。

異常區一：探測距離35～60 m，深度45～97 m范圍；

異常區二：探測距離70～88 m，深度45～95 m范圍；

異常區三：探測距離92～115 m，深度35～100 m范圍。

異常區一周圍電性過渡范圍大，變化率大，結合現場條件、地質資料及地面物探成果報告，綜合分析異常區一為現場鉆機影響所致；

綜合分析異常區二、異常區三為工作面煤巖層局部富水及現場風水管路和膠帶架影響所致，對該區域請予以重視。

順層0°探測范圍內存在3個低阻異常區，見圖4。

圖4 瞬變電磁超前探測順層0°平面

異常區一：探測距離35～64 m，深度37～100 m范圍；

異常區二：探測距離70～87 m，深度45～95 m范圍；

異常區三：探測距離95～104 m，深度45～90 m范圍。

結合現場條件、地質資料及地面物探成果報告，綜合分析異常區一為現場鉆機影響所致；綜合分析異常區二、異常區三為工作面煤巖層局部富水及現場風水管路和膠帶架影響所致，對該區域請予以重視。

偏下30°方向探測范圍內存在3個低阻異常區，見圖5。

圖5 瞬變電磁超前探測偏下30°平面

異常區一：探測距離35～64 m，深度38～97 m范圍；

異常區二：探測距離66～85 m，深度45～92 m范圍；

異常區三：探測距離125～145 m，深度45～92 m范圍。

結合現場條件、地質資料及地面物探成果報告，綜合分析異常區一周圍電性過渡范圍大，變化率大，異常區一為現場鉆機影響所致；異常區二、異常區三為工作面煤巖層局部富水及現場風水管路和膠帶架影響所致，對該區域請予以重視。

本次探測發現的主要相對低阻異常區見表1，本次探測現場巷道工作面三根風水管、膠帶支架和上方的瓦斯抽放管對探測結果干擾較大，在探測的偏上30°、順層0°和偏下30°都有低阻異常區的反應。結合現場條件、地質資料及地面物探成果報告，綜合分析異常區一為現場鉆機影響所致；綜合分析異常區二、異常區三為煤巖局部富水及現場風水管路和膠帶架影響所致。

表1 主要相對低阻異常區一覽

注：以上低阻異常區域位于不同的傾向上，空間位置可參考對應的平面圖

4 安全技術措施

為了保證巷道掘進的安全高效穩定，根據探測結果，制定相應的安全技術措施和排水措施。

4.1 巷道支護方式

在掘進過程中，采用臨時支護+永久支護兩種支護方式：

1) 臨時支護：前探梁采用133.32 mm無縫鋼管加工，長度為5 000 mm，共加工4根，2根使用，2根備用，每根前探梁上打設3組防退孔，每組打設3個防退孔，防退孔D26 mm，孔間距200 mm，前端打設D26 mm，3個固定孔，孔間距150 mm。

2) 永久支護：支護方式調整為錨桿(索)網+U29型鋼棚聯合支護。錨桿(索)支護排距由1 000 mm縮小至800 mm，間距不變；正規循環為掘一錨一，最大空頂距1 100 mm，最小空頂距300 mm，嚴禁空頂作業，棚距為800 mm。

4.2 排水措施

確保水泵正常管路暢通，巷道迎頭涌水量預計為3 m3/h、最大涌水量5 m3/h，在巷道低洼處膠帶機頭增設臨時排水點，排水點中間設置沉淀池，放置1臺隔膜泵另配1臺備用，達到要求規定的一用一備，水泵型號為：BQS15-100-20,水泵揚程100 m，排水量20 m3/h，在工作面放置2臺隔膜泵進行排水，使用隔膜泵排水能力為8 m3/h,排入正頭臨時水倉(隔膜泵使用66.66 mm軟管過渡到108管進行排水)。

5 結 語

1) 探測成果圖中解釋的低電阻異常區域是相對的。由于在井下實際操作過程中，受不可避免的干擾因素較大，可能在解釋過程中，會使異常區范圍和探測距離出現一定的偏差，如想進一步確認陷落柱是否存在導水，建議再次在附近20號鉆場內進行迎頭超前瞬變探測。在掘進生產過程中可依據成果圖中視電阻率值的相對關系適時調整生產方案。

2) N2302工作面回采掘進時，建議嚴格遵守《煤礦安全規程》和《煤礦防治水細則》，對探測顯示的異常區域應加強關注，注意做好排水工作，加強排水能力，保證安全生產。