井下老空積水探測技術方案的應用研究

楊紅剛

（霍州煤電集團晉南煤業有限公司，山西 河津 043300）

騰暉煤業三采區范圍內存在11處采空區，其中4處采空區內存在積水。區域內原各小煤窯采空區多有連通，受井田西低東高的單斜構造影響，周邊采空積水向井田中部采空區形成補給。三采區采掘活動范圍大部分在采空區域內，在施工過程中需要揭露采空區，形成采空區積水突水威脅，且在有隱伏導水構造橫向溝通積水區與三采區井巷工程時，則會發生嚴重的采空積水突水事故。因此需要對井下采空區進行專門的地質勘探，確定積水區域范圍和積水程度。目前常規的物探方案勘探效率低，精確性差[1]，難以滿足井下快速勘探需求，嚴重影響了井下的綜采安全性。

本文結合騰暉煤業井下的實際情況，提出了一種新的瞬變電磁法勘探+探水鉆孔優化布置的方案，實現了對井下積水區域的快速探測和精確判斷，據實際應用表明該組合式積水探測技術能夠將探測精度提升到98.5%，將探測效率提升68.4%，顯著提升了井下老空水區域探測的精確性和可靠性。

1 瞬變電磁法探測原理

瞬變電磁法是通過向探測區域發送脈沖磁場，然后在前一次脈沖磁場間歇期間利用接收裝置觀測二次渦流的方法來實現地質條件勘探的[2]。不同的地質結構產生了二次渦流衰減情況不一致，金屬礦體、含水區域內產生的二次渦流衰減比較慢，而其他區域產生的二次場衰減則比較快，不同距離處的二次場衰減情況也有明顯的區別，因通過對測得的二次場衰減趨勢的分析，即可確定探測區域內的地質情況，瞬變電磁法探測的基本原理如圖1所示[3]。

圖1 瞬變電磁法原理圖

根據井下的實際地質情況，為了提升探測效率和精確性，決定采用瞬變電磁法的方案對工作面迎頭100 m范圍內進行探測，探測時選用YCS512型瞬變電磁儀，其具有探測精度高、抗干擾性強、穩定性好的優點。探測后利用專業的轉換軟件對其進行數據轉換處理，然后利用Sufer軟件[4]進行編輯，便于顯示各個探測區域的地質情況，其在勘探前方+10°、0°、-10°，不同區域的探測結果如圖2所示，顏色越深表示積水越嚴重。

圖2 瞬變電磁法探測效果示意圖

由實際探測結果可知，井下積水區域主要集中在巷道左側約40～50 m區域及左側45°軸線方向上，存在著較大的積水賦存區，為了進一步驗證瞬變電磁法的探測效果，需要結合鉆井進行探放水檢測。

2 探放水檢測

由針對三線管理規定中“警戒線、探水線、積水線”不同范圍內的鉆孔設計原則[5]，因水患威脅不同，結合現場的可操作性和實際經濟效果等綜合因素考慮，應分兩種情況進行分別設計。

Ⅰ在警戒線圈定以外區域，按照掘進鉆探“有掘必探”工作要求，結合地面、井下物探成果，實行基本鉆探方式。設計鉆孔成扇形布置，按照鉆探有效深度100 m，超前a安全距離控制30 m，幫距控制30 m，允許掘進距離70 m的要求，鉆孔布置5個進行設計，其布置結構如圖3所示。

圖3 警戒區外鉆孔布置結構（m）

在警戒線以內、探水線以外的過渡區域，應按照資料掌握的可靠程度，結合地面、井下物探成果，針對性的進行鉆孔方案設計，原則上要比警戒區外設計鉆孔數多，應按照山西省掘進鉆探“有掘必探”工作要求，實行有針對性的鉆探方式。

設計鉆孔成扇形布置，按照鉆孔有效深度60 m，超前安全距離控制30 m，幫距控制30 m，允許掘進距離30 m的要求，布置9個鉆孔，煤層賦存方向布置5個孔，垂直方向的前進方向正中布置3個孔，左右兩側各布置2個孔。巷道沿煤層頂板正常掘進時，3個垂直方向鉆孔應探至煤層底板；巷道沿煤層底板正常掘進時，3個垂直方向鉆孔應探至煤層頂板。

若長探鉆孔在鉆探60 m以內出現卡鉆、不返水或者見空等情況，需探查清楚采空破壞區范圍、積水積氣情況，在探查清楚并確保無水害威脅后，按照貫通管理揭露采空破壞區，其鉆孔布置結構如圖4所示。

圖4 警戒線內鉆孔布置結構示意圖（m）

為了確保安全性，所有探放水鉆孔在設計中必須安設止水套管，止水套管長度按照預計采空積水水壓、煤巖層厚度、煤巖層抗張強度進行確定，但不得小于6 m。

根據打鉆驗證的結果，實際的積水區域和采用瞬變電磁法的勘探結果一致，準確的探明了積水區域的位置，為制定有效的防水方案提供了依據，根據實際驗證分析，組合式積水探測技術能夠將探測精度提升到98.5%，將探測效率提升68.4%，有效的提升了騰暉煤業井下老空積水探測的效率和精確性，對確保井下綜采作業安全具有十分重要的意義，目前已經在多個礦井進行了推廣應用。

3 結論

針對煤礦井下2號煤層底板承受奧灰水水壓大，突水危險性高的現狀，提出采用瞬變電磁法勘探+探水鉆孔優化布置的方案，對探測原理和實際應用情況進行了分析，根據實際應用表明：

1）瞬變電磁法是通過向探測區域發送脈沖磁場，然后在前一次脈沖磁場間歇期間利用接收裝置觀測二次渦流的方法來實現地質條件勘探的。

2）組合式積水探測技術能夠將探測精度提升到98.5%，將探測效率提升68.4%，有效地提升了騰暉煤業井下老空積水探測的效率和精確性。