綜合物探技術在大淑村礦中的應用

高小青

（河北煤炭科學研究院有限公司，河北 邢臺 054000）

大淑村礦174401 工作面為野青煤綜采工作面，主要含水層由上向下依次為伏青灰巖（間距31 m±）、大青灰巖（間距77 m±）、奧陶系灰巖（間距128 m±），其中奧灰為最主要含水層。因此需要提前查明工作面內部及外圍一定范圍內含水異常體及工作面內部隱伏地質構造（陷落柱、斷層、煤層變薄帶等） 的分布情況，為工作面防治水措施制定提供依據。

1 工作面主要情況

174401 工作面為野青煤綜采工作面，上下順槽長340 m，采寬116 m，煤層平均厚度1.2 m，煤層平均傾角16°。工作面標高-310—-410 m。煤層老頂為粉砂巖、直接頂為石灰巖，老底為粉砂巖、直接底為細砂巖。

工作面緊鄰礦界保護煤柱，上順槽外側50 m為薛村礦井田，邊眼外側為四采區上山保護煤柱。

根據工作面掘進期間揭露的水文地質資料分析可得出，174401 工作面所在區域斷層較發育，共發育大小斷層約15 條，斷層最大落差約為4 m，最小斷層落差約為0.2 m。對工作面回采影響較大的斷層主要有2 條，其余斷層由于斷距較小或位于工作面回采區域外圍對工作面后期回采影響較小。

該工作面所在區域野青煤下伏主要含水層，從上向下依次為伏青灰巖（間距31 m±）、大青灰巖（間距77 m±）、奧陶系灰巖（間距128 m±），其中奧陶系灰巖為最主要含水層，也是野青煤開采中最主要的防范對象，在無垂向導、含水構造如斷層、陷落柱等情況下，奧灰水一般不會充入，對野青煤開采工作面威脅較小，因此，隱伏導、含水構造以及隱伏導水陷落柱等含水異常體是礦井防治水工作重點。

2 工作方法及原理

2.1 礦井瞬變電磁技術

由于含煤地層的沉積排序比較有規律，在原始或未擾動狀態下，地層的電阻率值在縱向上按一定規律變化，在橫向上數值變化不大。一般情況下不同巖性巖層的電阻率值存在明顯差異，一般來說泥巖、頁巖、粉砂巖、中粗砂巖、灰巖的電阻率值是逐漸增高的，而煤的電阻率值通常很大，與煤層頂底板巖層（泥巖、砂巖等） 有很大區別。含煤地層各巖層電性變化一般規律為，煤層電阻率值（250～300Ω·m）、砂巖（50 ～100Ω·m）、粘土巖類（20 ～30Ω·m），其它巖層與煤層的電阻率差異明顯。當煤層存在采空區積水及裂隙、斷層破碎帶積水時，水體及其周圍導電阻率值將明顯下降，巖層的含水量是電阻率值大小的決定因素。這是礦井瞬變電磁方法探測目標區域巖層富水性的物理前提。

因此，通過采用礦井瞬變電磁方法探測目標區域巖層電阻率值及其變化，可以有效判斷巖層的富水性，也可以判斷采空區、斷層等構造的富水情況。

2.2 無線電波坑透技術

完整的煤層相當于各向異性均衡的地質體，當電磁波在其中傳播時，能量按一定規律衰減，且衰減較小，當工作面內部存在斷層、陷落柱、煤層變薄帶時會對無線電磁波產生折射、反射或吸收作用，從而造成電磁波能量不同程度的減少，坑透接收機接收到的電磁波信號就會減弱或接收不到數據，從而通過后期處理就可以確定構造異常區大小及位置。綜上所述，采用礦井瞬變電磁探測技術和井下無線電波坑道透視技術，可以查明工作面內部及外圍一定范圍內含水異常體、工作面內部隱伏地質構造的分布情況，對探測范圍內水文條件及地質條件做出科學評價。

3 現場施工布置

3.1 工作布置

根據現場條件及解決問題的需要，此次采用坑透、瞬變電磁綜合物探技術，對174401 工作面內構造發育情況，工作面內部及外圍一定范圍內煤、巖層富水情況進行綜合探測、評價。

3.1.1 無線電波坑道透視技術

此次174401 工作面無線電波坑道透視工作采用中煤科工重慶研究院（WKT-E） 型無線電波坑道透視儀，發射機、接收機均為礦用本質安全型，使用頻率0.3 MHz，發射點間距50 m，接收點間距10 m，單點接收范圍150 m（巷道兩端除外）。

工作在工作面上下順槽同時展開，共布置坑透發射點14 個（專用回風巷6 個、下順槽6 個），發射點距50 m，接收點距10 m，每個發射點接收15個左右（圖1），接收點共計200 余個，完成工作面長度340 m。

圖1 174401 工作面坑透觀測系統示意Fig.1 The observation system of radio wave tunnel perspective in No.174401 face

3.1.2 礦井瞬變電磁

共布置5 角度測線2 條，3 角度測線1 條，瞬變超前探測2 組，探測角度分別為專用回風巷里幫-15°、-35、-55°、-75°°外幫-45°、-75°；下順槽里幫-5°、-35°、-55°、-75°外幫-75° （圖2）；切眼外幫-20°、-45°、-70°（圖3）；專用回風巷里端超前探測：水平測量范圍為右90°至0（水平測量間隔15°） 7 個探測角度；每個水平探測角度又進行了垂直方向-20°、-45°、-70°方向探測（圖4）；工作面下順槽里端超前探測角度為：水平探測范圍為左90°至0（水平測量間隔間隔15°） 7 個探測角度；每個水平探測角度又進行了垂直方向-20°、-45°、-70°方向探測（圖5）。物探工作布置見大淑村礦174401 工作面綜合物探工作布置及成果圖（圖6）。工作量統計詳見表1。

表1 工作量統計Table 1 Statistics of workload

圖2 174401 工作面兩巷瞬變電磁探測示意Fig.2 The transient electromagnetic detection diagram of two roadways in No.174401 face

圖3 174401 工作面切眼瞬變電磁探測角度示意Fig.3 The transient electromagnetic detection profile of open-off cut in No.174401 face

圖4 174401 工作面專用回風巷里端瞬變電磁探測示意Fig.4 The transient electromagnetic detection diagram of inside end of special air return roadway in No.174401 face

圖5 174401 工作面下順槽里端瞬變超前探測示意Fig.5 The transient advance detection diagram of inside end of lower roadway in No.174401 face

圖6 174401 工作面綜合物探布置及成果圖Fig.6 The diagram of No.174401 face

3.2 工作量

4 技術與質量保證措施

4.1 執行相關標準

此次綜合物探工作執行及參照以下工作技術規范和要求。

（1） 原煤炭部頒布的《煤田地質勘探安全規程》。

（2） 《煤礦安全規程》。

（3） 《煤礦地質工作規定》。

（4） 《煤炭資源勘探工程測量規程》。

（5） 其他按國家或行業現行標準執行。

4.2 主要生產技術措施

（1） 井下物探施工時，巷道有排水管、供電電纜等金屬物體，施工時與金屬物距離保持0.5 m左右，減少金屬對物探信號的干擾。

（2） 安排了專職人員參與施工，詳細了解探測任務，并根據探測任務，備齊儀器、器材。

（3） 測量過程中，要使儀器設備遠離水、塵等，保證儀器設備工作正常，嚴格按照儀器相關使用說明執行。

（4） 測量工作開展之前收集工作面相關資料。

（5） 對測點位置進行確認，確保測點位置準確無誤。

（6） 記錄詳細、規范、完整，禁止涂改。

（7） 現場測量工作開始以前要進行實驗，憑借實驗結果確定本次探測儀器的參數。

（8） 工作面數據采集時，對工作面兩個巷道實施停電。

（9） 無線電波透視施工時，對發射機及接收機進行對時，保證收發時間一致。

5 綜合物探成果

5.1 無線電波坑道透視探測成果

圖7 為該工作面無線電波坑道透視CT 圖，結合巷道實際揭露地質資料及此次坑透實測場強信號的強弱和電磁波吸收系數強弱分析，在工作面探測區域內發現1 處坑透異常區。

圖7 無線電波坑道透視CT 圖Fig.7 Radio wave tunnel perspective CT diagram

該異常區位于工作面110 ～340 m，異常影響幅度＞1/2 煤厚，分析為巷道揭露斷層f4、f5、f12的綜合反應。

5.2 瞬變電磁探測結果

經室內瞬變電磁專用處理軟件對此次所采集的原始數據的分析處理，繪制出174401 工作面瞬變電磁探測視電阻率等值線斷面圖（圖8）。

此次瞬變電磁沿探測方向有效解析距離均為130 m，盲區20 m。依據圖8，探測范圍內圈定1處水文異常區。

圖8 專用回風巷切眼瞬變電磁超前探測視電阻率等值線斷面圖Fig.8 The transient electromagnetic advance detection apparent resistivity contour section diagram of special airreturn roadway open-off cut

該異常由專用回風巷切眼處瞬變電磁超前探測圈定，具體位置位于專用回風巷迎頭前方17 ～70 m，深度位于底板下42 ～94 m，水平范圍0 ～右50°，在-45°、-70°探測角度反映明顯，異常深度從煤層底板下42 m 至大青灰巖附近，分析為局部巖層破碎含水反應。

5.3 礦方驗證結果

根據礦方后期相關資料，無線電波坑道透視技術所圈定的1 處地質異常區域經礦方后期驗證為工作面內部隱伏斷層與巷道揭露斷層綜合反映，且斷層的影響范圍與探測結果大體一致；瞬變電磁探測技術所圈定的1 處水文異常區經礦方后期驗證由斷層引起的巖層局部破碎含水反應，含水量較小。

6 結 語

通過在冀中能源峰峰集團大淑村礦174401 工作面的綜合物探工作可以看出，采用礦井綜合物探技術對采煤工作面內部隱伏構造以及含水異常體情況探測效果較好，后期經過對現場探測數據的處理分析可以較準確的勘測出工作面內隱伏地質構造和含水低阻異常體的位置和影響范圍，為后期工作面回采過程中所面臨的水文及地質問題提供技術支持，確保工作面后期安全回采。