韓曉麗，段計偉

（大同煤礦集團永定莊煤業(yè)有限責任公司，山西 大同 037024）

1 概述

山西霍州煤電洪洞悅昌煤業(yè)為多個小型煤礦組合而成的資源整合礦井，在水害治理問題上存在地質(zhì)資料不詳細、采空巷道無規(guī)律、老空積水量不詳?shù)戎T多問題，這些問題的存在是直接威脅礦井技改工程施工安全的重要因素之一。因此，準確預測預報回采工作面富水的異常區(qū)域，對于礦井及時制定有效的各項防治水措施顯得極其重要。井下存在地質(zhì)構(gòu)造破壞帶、異常地質(zhì)體時，其巖、煤層密度、磁性、電阻率、彈性波傳導速度、放射性及熱導率等物理場變化與正常情況的物理場存在差異，所以，利用現(xiàn)有物探方法采集物理場變化并與正常情況的物理場相比較，找出差異，對摸清礦井頂?shù)装鍖Вê┧闆r，排除礦井水害隱患具有的重大應用價值。

2 工作面物探技術(shù)應用分析

悅昌煤業(yè)主采10＃和11＃煤層，由于該礦井內(nèi)各煤層均處于奧灰水位之上，不存在奧灰水帶壓開采威脅。經(jīng)礦井充水因素分析：10＃、11＃煤層主要水害為煤層頂板石灰?guī)r、砂巖裂隙水、上覆采空區(qū)積水和同層采空區(qū)積水。根據(jù)礦井生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和對水害情況的分析，并依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》中的礦井水文地質(zhì)類型劃分原則，確定礦井水文地質(zhì)類型為復雜類型。根據(jù)工作面預測水文地質(zhì)情況，確定選擇使用瞬變電磁法、探地雷達、音頻電透視法、直流電法底板測深等物探手段對10-101綜采工作面水文地質(zhì)情況進行綜合探查，以查明工作面及頂?shù)装逡欢ǚ秶鷥?nèi)含水層的富水性及隱伏導水構(gòu)造。

2.1 瞬變電磁探測分析

本次礦井瞬變電磁法勘探采用重疊回線裝置，采用多匝1.5m×1.5m 矩形回線，發(fā)射線框10匝，接收線框24匝。疊加次數(shù)為32次，時間采用標準時間序列。該次探測測點布置于10-101、10-102巷、10-101切巷順層及底板方向，工作面后300m，對外側(cè)也進行了探測，瞬變電磁法探測時，以10 m 的點距布置測點，共布置物理測點403個。

根據(jù)礦井瞬變電磁場擴散特征，探測上、下部垂向深度與水平深度近似相等。根據(jù)TEM 視電阻率擬斷面圖，綜合地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，分析判別沿橫向和探測正前方電性變化情況。圖1為10-101巷450～730m 工作面外部下10°（L2線）視電阻率等值線，分析可知：在沿10-101巷450～730m 工作面外部下10°探測時，相對ρs視電阻率值總體變化較大，發(fā)現(xiàn)一處明顯的低阻異常區(qū)，編號為3＃異常區(qū)。3＃異常區(qū)位于630～740m，工作面外10°下40～105m 范圍內(nèi)，結(jié)合工作面地質(zhì)條件推斷3＃異常區(qū)可能受外部小窯采空區(qū)影響。

圖1 10-101巷450～730m 工作面外部下10°（L2線）視電阻率等值線

2.2 探地雷達探測分析

為探測10-101工作面底板下2＃煤層采空區(qū)，自10-101巷56號測點到測距切巷口20m 的155m 的長度范圍內(nèi)布置154個測點，探測結(jié)果見圖2。結(jié)果表明：探測底板范圍內(nèi)，沒有大的明顯的強反射回波，但是反射回波不均勻。從整個成果圖上來看，分別在25～35m、50～60m、90～100m、130～154m 附近位置出現(xiàn)反射回波變化情況，波形的變化是由于底板下2＃煤層采空區(qū)積水影響產(chǎn)生的。

圖2 探地雷達探測效果

2.3 音頻電透視分析

通過音頻電透視技術(shù)對10-101 工作面1 號煤層底板下0～70m 界面進行探測，得出10＃煤底板下方0～70 m 深度范圍內(nèi)電導率值橫向分布情況（見圖3）。巖層的電導率值在0.5～11S間變化，平均值為4.75S，標準偏差為0.83S，依據(jù)劃分異常的標準，即大于2.3S的區(qū)域為相對低阻（高電導）異常區(qū)，其中1個視電導率值≥2.4S的異常條帶，統(tǒng)一編號為“1＃異常區(qū)”，異常區(qū)以黃顏色表示，顏色越深，異常幅度越強，由圖3可知：1＃異常區(qū)位于距離切巷50m 范圍工作面內(nèi)部，異常的范圍較大，幅值較強，推斷該異常區(qū)受下部2＃煤采空區(qū)影響。

圖3 1-1011工作面底板下0～70m 界面附近成果

2.4 物探結(jié)果分析

本次物探工作共采取了瞬變電磁法、探地雷達、音頻電透視三種勘探方法重點對10-101工作面后部隱伏構(gòu)造及小窯采空破壞區(qū)進行探查。每一種物探方法都圈出異常區(qū)，反映出工作面的隱伏構(gòu)造及采空區(qū)破壞范圍，對各個物探方法進行綜合分析，形成工作面綜合物探結(jié)論如下：

（1）通過對各種探測成果進行綜合對比分析，悅昌煤礦10-101工作面主要異常集中在切眼向外150m 區(qū)段。

（2）10-101順槽切眼段向外50m 區(qū)段往工作面向里80m 區(qū)段是本工作面最危險的區(qū)段之一。此區(qū)域在多種物探方法上均有反應，異常在本工作面的探測中較為強烈，由于本區(qū)域靠近小窯采空區(qū)域，因此危險性較大。

（3）在10-101順槽切眼段向外150m 區(qū)段，本次綜合探測均有異常情況出現(xiàn)。通過物探，該區(qū)域為次級異常區(qū)段。

3 工作面鉆探結(jié)果分析

根據(jù)101巷北側(cè)物探成果中異常區(qū)位置關(guān)系，對10-101切巷北側(cè)煤體進行鉆探，共施工鉆孔90個，鉆探進尺9013.8m。共計探測出10＃煤采空體1個，11＃采空體13個，根據(jù)物探、鉆探資料分析：在101探巷北側(cè)的第一區(qū)域東部及第二區(qū)域分布有原小煤窯的巷道；對10-101工作面外圍及內(nèi)側(cè)的3處異常區(qū)進行了鉆探，本次鉆探共施工了9 個鉆孔，其中工作面外圍施工4 個鉆孔，累計進尺270.4m，內(nèi)側(cè)施工5個鉆孔，累計進尺518.2m，所有鉆孔均無出水；根據(jù)101工作面頂板瞬變電磁物探報告，對101工作面頂板3個異常區(qū)進行鉆探驗證，共施工8個鉆孔，鉆探進尺940m，均無出水（見圖4）。

圖4 10-105工作面頂板異常區(qū)鉆探布置

通過本次對10-101 工作面頂板、外圍、內(nèi)側(cè)的底板及10-101切巷北側(cè)110m 范圍內(nèi)進行了鉆探，累計施工鉆孔117個，累計進尺19097.6m，根據(jù)鉆孔揭露，3＃煤距101工作面的平均垂距為87.06，不導水，地質(zhì)及水文地質(zhì)情況基本清楚，頂板煤巖層基本穩(wěn)定，無大的含水構(gòu)造，可安全進行工作面回采。

4 結(jié)語

1）在煤礦地質(zhì)災害防治中使用綜合地球物理勘探方法探查水文異常區(qū)，并對物探異常區(qū)進行鉆探驗證，可以有效查明工作面地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，以采取有效地防治水手段，指導礦井安全生產(chǎn)。

2）根據(jù)101工作面綜合物探結(jié)果報告，對101工作面頂板3個異常區(qū)進行鉆探驗證，共施工8個鉆孔，鉆探進尺940m，均無出水，10-101工作面可安全進行工作面回采。