劉 濤

(湖南新龍礦業(yè)有限責(zé)任公司)

TRT6000在大水礦山水害災(zāi)源定位與超前探測(cè)中的應(yīng)用

劉 濤

(湖南新龍礦業(yè)有限責(zé)任公司)

針對(duì)新龍礦業(yè)所屬某礦山的水害問題，采用TRT6000超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)該礦280，240 m中段進(jìn)行了探水試驗(yàn)，探測(cè)圖像顯示在探測(cè)范圍內(nèi)存在明顯的異常反射體，可能存在破碎帶。并采用該系統(tǒng)對(duì)該礦760 m平行巷道掌子面進(jìn)行了超前地質(zhì)探測(cè)，結(jié)果表明，在不同的范圍內(nèi)存在不同的地質(zhì)災(zāi)害。上述探測(cè)結(jié)果可為礦山災(zāi)害防治提供依據(jù)。

TRT6000超前預(yù)報(bào)系統(tǒng) 大水礦山 水害源定位 地質(zhì)災(zāi)害 超前探測(cè)

我國(guó)礦山地下水災(zāi)害嚴(yán)重，主要表現(xiàn)形式為突水淹井、海水入侵、破壞水資源、產(chǎn)生井下泥石流、引起地面塌陷等，給開采作業(yè)造成了重大危害。新龍礦業(yè)有限責(zé)任公司所屬某礦山屬大水礦山，在采礦作業(yè)過程中有必要及時(shí)處理水害，部分地段需要對(duì)水文地質(zhì)條件進(jìn)行超前探測(cè)[1-5]。鑒于TRT6000超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱TRT6000)在超前探測(cè)方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，因而采用該系統(tǒng)對(duì)該礦井下水害進(jìn)行超前探測(cè)。

1 TRT6000探測(cè)原理

當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅铰晫W(xué)阻抗差異(密度和波速的乘積)界面時(shí)，一部分信號(hào)被反射回，另一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)，聲學(xué)阻抗的變化通常發(fā)生在地質(zhì)巖層界面或巖體內(nèi)不連續(xù)界面。反射的地震信號(hào)被高靈敏地震信號(hào)傳感器接收，通過分析，可獲得隧道工作面前方地質(zhì)體的性質(zhì)(軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等)、位置、規(guī)模等信息。地震波由一種低阻抗物質(zhì)傳播至另一個(gè)高阻抗物質(zhì)時(shí)，反射系數(shù)為正；反之，反射系數(shù)為負(fù)。因此，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ绍浶缘刭|(zhì)體傳播至硬質(zhì)地質(zhì)體時(shí)，回波的偏轉(zhuǎn)極性和波源是一致的。當(dāng)巖體內(nèi)部有破裂帶時(shí)，回波的極性會(huì)反轉(zhuǎn)。反射體的尺寸越大，聲學(xué)阻抗差別便越大，回波便越明顯，越容易被探測(cè)到。TRT6000探測(cè)原理如圖1所示。

圖1 TRT6000探測(cè)原理

2 TRT6000探水試驗(yàn)

2.1 280 m中段探測(cè)試驗(yàn)

探測(cè)起點(diǎn)距巷道交叉口50 m，成像范圍長(zhǎng)100 m，左右兩側(cè)各寬30 m，垂直范圍250～310 m水平。該位置巷道位于上部310 m中段與下部240 m中段之間，左側(cè)沿脈巷道存在大量的采空區(qū)。探測(cè)范圍正對(duì)斜井上盤基巖，結(jié)果見圖2。

圖2 280 m中段探測(cè)試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知：①在巷道0～40 m處存在一圈殼狀的異常反射體，據(jù)此推斷，該區(qū)域的異常反射可能是由巷道掘進(jìn)中各階段間的相互影響形成的破碎帶引起；②40～50 m處存在一段環(huán)狀的負(fù)反射帶，該區(qū)位于巷道向左右兩側(cè)展開為沿脈巷道的位置，推測(cè)該環(huán)狀負(fù)反射由沿脈巷道和采空區(qū)引起；③80～90 m處存在一明顯的異常反射帶，且以負(fù)反射為主，結(jié)合破碎帶及斷層在成像上的特點(diǎn)，推測(cè)可能是一段賦存大量小型空區(qū)的破碎帶，該破碎帶恰好位于斜井上方；④掘進(jìn)過程中破碎帶所在的區(qū)域都存在較強(qiáng)的異常反射，且以負(fù)反射為主，可推測(cè)，破碎帶中存在較多的小型空區(qū)，該類空區(qū)為地下水的賦存空間，在掘進(jìn)過程中，一旦揭露破碎帶極有可能造成大量涌水；⑤開拓斜井恰好位于以負(fù)反射為主的異常反射體的區(qū)域內(nèi)，該類以負(fù)反射為主的異常反射帶具備地下水賦存條件的可能性，使得礦井在向下掘進(jìn)過程中時(shí)常出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。

2.2 240 m中段探測(cè)試驗(yàn)

測(cè)點(diǎn)布置于240 m中段沿脈巷道內(nèi)，探測(cè)起點(diǎn)位于右側(cè)沿脈內(nèi)3 m，探測(cè)成像范圍長(zhǎng)100 m，左右各寬30 m，垂直范圍210～270 m水平，探測(cè)結(jié)果見圖3。

圖3 240 m中段探測(cè)試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知：①在震源點(diǎn)前方40～50 m處存在1個(gè)集中的負(fù)反射區(qū)域，破碎帶在該位置很有可能存在一空區(qū)，在240 m沿脈巷道掘進(jìn)中的涌水可能來源于該位置；②巷道掘進(jìn)過程中，掘進(jìn)方向左側(cè)的反射信號(hào)強(qiáng)于右側(cè)，可推斷震源點(diǎn)前方80～90 m處的異常反射體由采掘造成的空區(qū)及破碎圍巖引起；③在震源點(diǎn)前方30～60 m處存在2條異常反射帶，推測(cè)可能存在破碎帶構(gòu)造，破碎帶寬20～30 m，與工程掘進(jìn)中的實(shí)際揭露情況基本吻合；④震源點(diǎn)前方70～80 m處存在異常反射體，反射強(qiáng)度與前方破碎帶相比較低，且以負(fù)發(fā)射為主，推測(cè)可能為采空區(qū)及采掘活動(dòng)引起的破碎帶。

3 TRT6000超前探測(cè)試驗(yàn)

選取760 m平行巷道掌子面進(jìn)行探測(cè)試驗(yàn)，該處礦脈走向25°，傾向NWW，傾角75°，礦脈厚0.2～0.4 m，礦體品位較高，礦脈在800#線往北延伸約50 m 后至垱頭見塊礦，厚約0.2 m。礦體和圍巖受破碎帶影響，極破碎。圍巖為絹云母化砂質(zhì)板巖，圍巖蝕變強(qiáng)烈，礦化較好。脈外圍巖見多處局部小型褶皺構(gòu)造，節(jié)理劈理發(fā)育、擠壓現(xiàn)象較突出，并伴有石英小脈，穩(wěn)固性較差。760 m水平探測(cè)結(jié)果見圖4。

圖4 760 m水平探測(cè)試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知：①在掌子面前方0～40 m處，反射能量較弱，幾乎不存在任何反射體，但顧及系統(tǒng)探測(cè)盲區(qū)(0～20 m)的影響，不排除存在小范圍裂隙構(gòu)造的可能性；②在掌子面前方40～100 m處，分別在距掌子面約60，80，100 m處存在3組較強(qiáng)的反射體，以負(fù)反射為主，推測(cè)該段巖體完整性較差，可能是節(jié)理裂隙發(fā)育導(dǎo)致巖體破碎，巖體裂隙極可能存在充水現(xiàn)象，該段開挖過程中應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)勘測(cè)，重點(diǎn)防范突水災(zāi)害的發(fā)生；③在掌子面前方100～130 m 處，整個(gè)區(qū)域反射較強(qiáng)烈，以正反射為主，推斷該處巖石整體性差，可能存在強(qiáng)烈的開采擾動(dòng)或該段地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)劇烈，圍巖極破碎，存在局部小型褶皺構(gòu)造，構(gòu)造裂隙可能存在充水現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

以新龍礦業(yè)所屬的某大水礦山為例，在分析TRT6000超前探測(cè)基本原理的基礎(chǔ)上，分別進(jìn)行了240,280 m中段探水試驗(yàn)及760 m平行巷道的掌子面超前探測(cè)試驗(yàn)，探測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況吻合度較高，可為巷道掘進(jìn)施工提供參考。

[1] 趙保林，王傳永，劉 超.震波CT技術(shù)在斷層超前探測(cè)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(9)：122-123.

[2] 汪 佩，李向陽(yáng).氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)在地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(9):124-125.

[3] 劉 杰，廖春木.TRT技術(shù)在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2011(4)：77-79.

[4] 鄧尤東.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在鳥鞘嶺特長(zhǎng)隧道中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004(S)：5140-5146.

[5] 李術(shù)才，李樹憂，張慶松.巖濟(jì)裂隙水與不良地質(zhì)情況超前預(yù)報(bào)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007(2)：217-225.

2015-08-11)

劉 濤(1982—)，男，助理工程師，422900 湖南省邵陽(yáng)市新邵縣。