綜合物探技術(shù)在綜采工作面防治水中的應(yīng)用探析

＊王建斌

（山西凱嘉能源集團(tuán)有限公司 山西 032000）

引言

從深部煤炭資源開(kāi)采實(shí)踐來(lái)看，面臨的地質(zhì)條件相對(duì)于先前更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的物探技術(shù)在很多方面表現(xiàn)出明顯的不足，影響到綜采工作面的整體開(kāi)采效果。在這種情況下，選擇使用綜合物探技術(shù)可有效提升物探效果。因此，對(duì)綜合物探技術(shù)在義棠倡源煤礦090701綜采工作面防治水中的應(yīng)用進(jìn)行分析有著較為重要的意義。

1.工程概況

090701綜采工作面西側(cè)為090703軌道巷、北側(cè)為礦井保安煤柱線(xiàn)，東側(cè)為礦井保安煤柱線(xiàn)，南至南翼七采區(qū)準(zhǔn)備大巷。在掘進(jìn)兩順槽期間主要以頂板滴淋水為主。巷道底板標(biāo)高在+774m～+840m之間，奧灰水水位在+923.5m左右，該巷道為帶壓開(kāi)采，煤層底板帶壓約1.5MPa。

(1)090701綜采工作面掘進(jìn)期間“三探”情況

工作面物探情況：根據(jù)三維地震勘查報(bào)告，090701綜采工作面運(yùn)輸順槽最近距離西側(cè)有一陷落柱，該陷落柱編號(hào)為X8，形狀近似橢圓形，發(fā)育于9#煤，長(zhǎng)軸方向N85°E直徑123m，短軸方向N5°W直徑90m，面積9222.79m2，掘進(jìn)期間除采用公司瞬變電磁探測(cè)外，先后邀請(qǐng)華盛水文地質(zhì)局物探隊(duì)伍進(jìn)行瞬變電磁及MSP震波專(zhuān)項(xiàng)物探，后期我公司自行進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證，無(wú)鉆孔出水現(xiàn)象。

(2)工作面掘進(jìn)期間鉆探情況

①090701綜采工作面軌道順槽

在090701綜采工作面軌道順槽掘進(jìn)期間鉆孔均無(wú)出水現(xiàn)象，該巷道掘進(jìn)至聯(lián)絡(luò)巷往前10m位置時(shí)，迎頭見(jiàn)一落差35m正斷層，斷層面無(wú)出水現(xiàn)象，現(xiàn)迎頭層位為砂巖。

②090701綜采工作面運(yùn)輸順槽

090701運(yùn)輸順槽在掘進(jìn)期間進(jìn)行探水，鉆孔均無(wú)出水現(xiàn)象。

③090701綜采切眼

090701綜采工作面切眼掘進(jìn)期間探水工作，鉆孔均無(wú)出水現(xiàn)象。

(3)工作面掘進(jìn)期間化探情況

掘進(jìn)期間針對(duì)頂板淋水現(xiàn)象均做了水質(zhì)化驗(yàn)，經(jīng)比對(duì)化驗(yàn)水質(zhì)結(jié)果，確定水質(zhì)類(lèi)型為K21頂板含水層水。

(4)工作面內(nèi)物探及坑透情況

工作面順槽在掘進(jìn)期間，嚴(yán)格執(zhí)行《探掘分離制度》，實(shí)行“物探先行，鉆探驗(yàn)證”，兩順槽每60m進(jìn)行一次物探探測(cè)，工作面形成后分別采用了瞬變電磁法和無(wú)線(xiàn)電波坑透法兩種物探方法對(duì)工作面進(jìn)行物探，并對(duì)物探結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。

(5)鉆探情況

工作面在回采前，工作面內(nèi)無(wú)異常區(qū)域時(shí)，采用4000s坑道鉆機(jī)分別在工作面兩順槽之間垂直于工作面每隔50m布置一個(gè)探水孔，鉆孔探水眼與兩順槽夾角為90°，與煤層頂板夾角為0°，鉆孔深度不小于設(shè)計(jì)深度，探眼方向總體朝工作面推進(jìn)煤層方向。

經(jīng)物探、鉆探探測(cè)及驗(yàn)證，工作面范圍內(nèi)無(wú)明顯水害隱患存在，在回采過(guò)程中，加強(qiáng)水文地質(zhì)觀測(cè)，尤其在過(guò)溝槽時(shí)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)上報(bào)，注意新出現(xiàn)的突水點(diǎn)，記錄涌水量和水壓。維護(hù)好排水系統(tǒng)，保障其可以正常運(yùn)行。

2.綜合物探技術(shù)在090701綜采工作面防治水中的應(yīng)用要點(diǎn)

(1)090701綜采工作面地球物理特征

在原巖情況下，隨著巖性的差異，導(dǎo)電性也會(huì)有明顯的差異。從電阻率來(lái)看，煤層、灰?guī)r整體的電阻率偏高，砂巖的電阻率相對(duì)偏低，頁(yè)巖、泥巖等電阻率相對(duì)更低。若巖層、煤層中存在大量的裂隙，特別是含有水時(shí)，電阻率下降較為明顯。這是對(duì)090701綜采工作面使用綜合物探技術(shù)的前提。在090701綜采工作面開(kāi)采之前，為了將090701綜采工作面所面臨的地下水的情況，全面的掌握，本次選擇使用了音頻電穿透技術(shù)、井下電測(cè)探技術(shù)等對(duì)工作面面臨的地下水情況進(jìn)行了全面的探測(cè)。

(2)電測(cè)深探測(cè)技術(shù)應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)

該技術(shù)主要是應(yīng)用視電阻率探測(cè)的方式，將目標(biāo)探測(cè)范圍內(nèi)整體的含水情況全面的探測(cè)出來(lái)，該探測(cè)開(kāi)展的基礎(chǔ)是巖層內(nèi)存在的導(dǎo)電性差異。見(jiàn)圖1所示。在開(kāi)展本次探測(cè)時(shí)，技術(shù)人員將測(cè)量電極M與N固定不動(dòng)，同時(shí)將供電的電極B固定下來(lái)。然后移動(dòng)電極A，通過(guò)從近到遠(yuǎn)的方式進(jìn)行移動(dòng)，在電極A逐步移動(dòng)的過(guò)程中，M與N為中心點(diǎn)的電場(chǎng)整體的分布情況就可以較好的掌握，從電場(chǎng)的分布情況，探測(cè)出奧灰水整體的變化情況。

圖1 電測(cè)深探測(cè)技術(shù)原理圖

(3)音頻電穿透技術(shù)

隨著巖性的不同，表現(xiàn)出的導(dǎo)電性也有著明顯的差異，表現(xiàn)為對(duì)人工電場(chǎng)分布情況的不同。技術(shù)人員通過(guò)使用專(zhuān)門(mén)設(shè)備對(duì)人工電場(chǎng)分布情況進(jìn)行全面的觀測(cè)，音頻電穿透技術(shù)就是以上述為原理。在本次物探時(shí)，技術(shù)人員在兩個(gè)巷道內(nèi)同時(shí)開(kāi)展，將供電的電極A1與A2相對(duì)固定，然后將測(cè)量電極M與N分別移動(dòng)，然后將工作面發(fā)射點(diǎn)作為中心，開(kāi)展扇形掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面的全部探測(cè)。見(jiàn)圖2所示。

圖2 音頻電穿透技術(shù)應(yīng)用原理圖

(4)物探探測(cè)資料處理分析

首先，技術(shù)人員將電測(cè)深測(cè)量得到的原始數(shù)據(jù)通過(guò)分類(lèi)篩選的方式輸入到軟件中，然后使用專(zhuān)用處理軟件對(duì)視電阻率進(jìn)行計(jì)算，并開(kāi)展深度反演練矯正，通過(guò)SUFER數(shù)據(jù)處理軟件繪制得到電阻率變化曲線(xiàn)圖，也就是電測(cè)深解析曲線(xiàn)。其次，對(duì)音頻電穿透技術(shù)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，通過(guò)分析篩選的方式輸入到軟件中，并使用SUFER數(shù)據(jù)處理的方式，繪制得到二維視電阻等值曲線(xiàn)，通過(guò)與工作面地質(zhì)圖全面結(jié)合的方式，形成最終的音頻電穿透成果圖。

在具體解析時(shí)，電測(cè)深技術(shù)選擇使用的是專(zhuān)用軟件將視電阻率的等值線(xiàn)圖繪制出來(lái)，不同深淺的顏色，表示的是不同的視電阻率。色界代表的是視電阻率對(duì)數(shù)的高低，隨著數(shù)值的下降，視電阻率對(duì)數(shù)也會(huì)隨之下降，富水性也就越好。若巖層整體的連續(xù)性相對(duì)較好，那么得到的視電阻率對(duì)數(shù)等值線(xiàn)可以將巷道底板整體的變換規(guī)律表現(xiàn)出來(lái)。所以，選擇使用反映視電阻率的對(duì)數(shù)等值線(xiàn)的色階表現(xiàn)出的整體變化情況，就能夠?qū)⒐ぷ髅媲胺降牡妥璁惓^(qū)域較好的定位，然后技術(shù)人員再結(jié)合工作面已經(jīng)探測(cè)得到的水文地質(zhì)情況，從而預(yù)測(cè)出富水區(qū)域整體的異常情況。對(duì)于音頻電穿透探測(cè)資料的解釋?zhuān)瑤r石表現(xiàn)出的電性差異是根本，通過(guò)使用專(zhuān)用軟件的方式將煤層底板視電導(dǎo)率計(jì)算出來(lái)。通過(guò)SUFER專(zhuān)用軟件將音頻電穿透CT解析曲線(xiàn)圖表現(xiàn)出來(lái)，不同深淺的顏色變化，代表的是不同的電導(dǎo)率分布情況。不同色界代表的是電導(dǎo)率的差異，隨著電導(dǎo)率的增加，煤巖層整體的富水能力也有著較大的差異，從而將工作面前方隱伏的構(gòu)造異常區(qū)域較為精準(zhǔn)的反映出來(lái)。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上分析，在日益復(fù)雜的開(kāi)采條件下，綜采工作面防治水工作難度相對(duì)于先前提升明顯，各種類(lèi)型的安全隱患也相對(duì)于先前增加明顯，因此，在綜采工作面開(kāi)采過(guò)程中，選擇使用綜合物探技術(shù)對(duì)于提升綜采工作面工作的安全性、高效性非常關(guān)鍵。因此，這就需要煤礦企業(yè)充分認(rèn)識(shí)到使用綜合物探技術(shù)的重要性，結(jié)合煤礦企業(yè)的實(shí)際條件，將綜合物探技術(shù)高質(zhì)量、高效率應(yīng)用到煤礦綜采工作面開(kāi)采中，有效提升煤礦綜采工作面的物探效果，保證開(kāi)采安全。