雷志鵬

摘 要：二礦庚三采區(qū)灰?guī)r水防治一直是全礦防治水工作的重點(diǎn)，由于灰?guī)r水具有水壓高、水量大、連通性強(qiáng)、突水通道難發(fā)現(xiàn)等特點(diǎn)，為了保證掘進(jìn)工作面施工安全，引入了瞬變電磁探測(cè)技術(shù)方法，經(jīng)過(guò)多次跟蹤探測(cè)，通過(guò)探掘?qū)Ρ龋瑸榫蜻M(jìn)巷道前方底板灰?guī)r水的防治找到了新的途徑。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁法；超前；灰?guī)r承壓水

1 概述

平煤股份二礦庚20-23130風(fēng)巷掘進(jìn)工作面位置在二水平庚三采區(qū)東翼中部，西部與庚三皮帶下山相連，東部到井田邊界，巷道施工層位沿庚20煤層，標(biāo)高-301m至-345m，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1650m。梯形斷面，巷道凈寬4.6m，凈高2.6m，錨網(wǎng)梁支護(hù)。該風(fēng)巷開口處在庚三采區(qū)強(qiáng)徑流帶中，若巷道掘進(jìn)過(guò)程中遇到構(gòu)造破壞底板隔水層的完整性，則極易與底板灰?guī)r含水層導(dǎo)通形成突水事故，為保證庚20-23130風(fēng)巷施工安全，使用YCS40（A）礦用本安瞬變電磁儀對(duì)掘進(jìn)工作面實(shí)行循環(huán)超前探測(cè)。

2 水文地質(zhì)概況

庚20煤層平均厚度1.8m，傾向19°，傾角5°～12°。直接頂為L(zhǎng)6石灰?guī)r（厚4.9m），底板巖層依次為泥巖（厚1.8m），砂質(zhì)泥巖（厚2.4m）、中粒砂巖（厚3.6m）、L7石灰?guī)r（厚5.2m），底界以鋁土質(zhì)泥巖與下伏地層呈平行不整合接觸。該風(fēng)巷掘進(jìn)工作面斷層優(yōu)勢(shì)走向?yàn)楸睎|向，次為北西向，斷層傾角一般在70o左右，且裂隙較為發(fā)育，L7灰?guī)r為直接充水含水層，下伏的寒武系灰?guī)r為間接充水含水層，距庚20煤層18～27m，均為灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水層，巷道施工前水位標(biāo)高-278m。構(gòu)造帶影響區(qū)域及礦壓破壞區(qū)域庚20煤層的底板與灰?guī)r含水層之間易形成導(dǎo)水裂隙帶，巷道施工至此區(qū)域時(shí)極可能出現(xiàn)突水事故。附近在庚組煤層中施工的巷道曾發(fā)生過(guò)煤層底板突水事故，最大突水量達(dá)3000m3/h。

3 掘進(jìn)工作面超前探測(cè)方法

由于掘進(jìn)工作面迎掌空間相對(duì)狹小，因此，我們采用了1.5×1.5m的重疊回線裝置。如圖1所示，發(fā)射線圈（Tx）和接受線圈（Rx）重疊在一起，探測(cè)時(shí)盡量將線圈貼近掌子面，線圈法線方向?yàn)樘綔y(cè)方向。

對(duì)掘進(jìn)工作面迎掌探測(cè)時(shí)，測(cè)點(diǎn)在巷道迎掌的空間位置如圖2，首先使線圈的法線與巷道左側(cè)面分別成60°，45°和30°的夾角進(jìn)行探測(cè)（圖2中1，2和3號(hào)測(cè)點(diǎn)）；當(dāng)線圈的法線方向與掌子面垂直時(shí)，在迎掌布置3-4個(gè)測(cè)點(diǎn)（圖2中的4，5，6和7號(hào)測(cè)點(diǎn)）；到巷道迎掌右側(cè)時(shí)在旋轉(zhuǎn)線圈，使法線方向與巷道右側(cè)分別成30°，45°和60°的夾角進(jìn)行探測(cè)（圖2中的8，9和10號(hào)測(cè)點(diǎn)）即在多個(gè)角度采集數(shù)據(jù)，獲得前方巖體和煤體中比較完整的視電阻率信息。

在實(shí)際施工過(guò)程中，結(jié)合本礦水文地質(zhì)條件分析，影響庚20-23130風(fēng)巷安全掘進(jìn)的水文地質(zhì)因素主要為底板灰?guī)r承壓水，因此為了安全高效指導(dǎo)生產(chǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)探測(cè)方向分別為順層方向和底板下俯角45°方向，如圖3所示。

該礦在巷道開口之前首先施工超前探水孔，然后開始循環(huán)超前探測(cè)數(shù)據(jù)采集；在數(shù)據(jù)解析方面，掘進(jìn)工作面迎掌前方探測(cè)的有效距離為60m，則我們留設(shè)20m超前距，巷道每向前掘進(jìn)40m時(shí)進(jìn)行下一輪探測(cè)。

4 庚20-23130風(fēng)巷超前探測(cè)應(yīng)用實(shí)例

從2011年1月至5月份，該礦利用上述方法在庚20-23130風(fēng)巷共探測(cè)19次，效果明顯。如2011年3月15日和2011年4月8日兩次探測(cè)實(shí)例。

實(shí)例一，如圖4和圖5中顯示，在巷道前方55至80m處有一個(gè)狹長(zhǎng)的低阻異常區(qū)域，在視電阻率值為10Ω·m的等值線內(nèi)又顯示出一個(gè)更低的視電阻率值即5Ω·m等值線，該異常區(qū)解釋為斷層作用后形成的導(dǎo)水裂隙帶，而視電阻率值為5Ω·m的區(qū)域解釋為導(dǎo)水裂隙連通后形成過(guò)水通道。經(jīng)實(shí)際揭露驗(yàn)證后，顯示此區(qū)域?yàn)橐詢蓷l落差為1.2m和1.8m的正斷層為主、三條落差為0.6m的逆斷層為輔形成的斷層帶，在揭露時(shí)靠近異常區(qū)的右?guī)偷装宥帱c(diǎn)出現(xiàn)了滲涌水現(xiàn)象，水量約60m3/h，在探測(cè)后提前加強(qiáng)了巷道排水能力，保證了巷道的施工安全。

4.1 探測(cè)角度和點(diǎn)距

井下瞬變電磁探測(cè)時(shí)，根據(jù)超前探測(cè)設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制擺放角度，使線圈對(duì)準(zhǔn)超前探測(cè)區(qū)域，盡可能避免旁側(cè)影響。根據(jù)迎掌實(shí)際寬度布置探測(cè)點(diǎn)距，保證探測(cè)點(diǎn)均勻分布。

如果迎掌巷道內(nèi)頂板淋水量較大，則必須探測(cè)迎掌前方頂板區(qū)域，查清前方頂板富水性。

4.2 確保探測(cè)精度的方法

瞬變電磁法技術(shù)探測(cè)精度雖高但容易受到外界因素?cái)_動(dòng)。由于巷道中往往存在大量的金屬設(shè)備和管線，金屬對(duì)電法類探測(cè)儀器的探測(cè)精度影響較大。

在物探過(guò)程時(shí)，掌子頭后20m巷道內(nèi)除巷道現(xiàn)有支護(hù)材料外其他金屬均應(yīng)清理干凈，設(shè)備斷電。確保物探儀器探測(cè)時(shí)盡量遠(yuǎn)離金屬體。針對(duì)大型設(shè)備和材料無(wú)法挪動(dòng)的，盡可能避免探測(cè)線圈正對(duì)金屬體?？傊┕さ攸c(diǎn)要盡可能提前布置有利的物探工作環(huán)境，確保探測(cè)精度。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，利用瞬變電磁探測(cè)技術(shù)在煤礦井下掘進(jìn)工作面進(jìn)行物探超前探水，特別是遇到復(fù)雜的地質(zhì)賦存條件，前探鉆孔施工困難，且工程量大，將使巷道掘進(jìn)速度嚴(yán)重滯后，礦井生產(chǎn)接替時(shí)候到嚴(yán)重影響等問(wèn)題和困難時(shí)，物探技術(shù)的效果明顯，與其他技術(shù)相比，有以下特點(diǎn)。

①有效探測(cè)深度遠(yuǎn)，可控制80m。

②探測(cè)方向靈活，通過(guò)接收前方不同方位巖層和煤體的視電阻率數(shù)據(jù)，經(jīng)實(shí)測(cè)可更好地探查前方物探異常區(qū)位置。

③對(duì)富水異常區(qū)具有較高的靈敏度。

④此物探儀器操作簡(jiǎn)單且所需人員較少，探測(cè)時(shí)間短效率高，為礦井高產(chǎn)高效提供了安全技術(shù)保證，具有較好的應(yīng)用前景。