陳晉強(qiáng)
(晉城煤業(yè)集團(tuán)成莊礦地測(cè)科,山西 晉城 048021)
采用井上電法,井下瞬變電磁法、無(wú)線電波透視法、槽波地震勘探和鉆孔窺視法等多種物探手段,進(jìn)行了采面的井上下聯(lián)合精細(xì)化探測(cè),圈定了富水異常區(qū)和地質(zhì)構(gòu)造,分析出了區(qū)域井上電法的最佳試驗(yàn)參數(shù),摸索出了井下電法和震法對(duì)積水異常區(qū)和地質(zhì)構(gòu)造區(qū)的視電阻率特征及地震波場(chǎng)特性,并最終實(shí)現(xiàn)采面井上下物探的“閉合性”,形成了一套保證安全回采的工作面物探方法和措施。
本次研究主要依托晉煤集團(tuán)成莊礦153305工作面,該采面主采15#煤,煤厚平均1.8m,走向長(zhǎng)度約700m,傾斜長(zhǎng)度180m,另外,采面上覆煤層已部分開(kāi)采,且存在小煤窯亂采亂挖現(xiàn)象,積水區(qū)域不明,另外,受白馬寺大斷層影響,構(gòu)造條件復(fù)雜,一條順槽已掘完,靠近斷層的另一條順槽由于生產(chǎn)銜接調(diào)整和掘進(jìn)安全問(wèn)題,掘進(jìn)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的1/3后密閉,剩余部分待布置,回采時(shí)危險(xiǎn)因素眾多。
圖1 153305工作面采掘工程平面圖
回采工作面井上下聯(lián)合精細(xì)化物探,首先需在探測(cè)前期對(duì)153305工作面的相關(guān)地質(zhì)資料及水文地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析,有針對(duì)性地選擇相關(guān)物探手段,如在地面利用瞬變電磁法進(jìn)行半空間的區(qū)域富水性探測(cè),在井下利用瞬變電磁法進(jìn)行全空間的采面富水性探測(cè),綜合判定富水異常;再結(jié)合井下無(wú)線電波透視進(jìn)行構(gòu)造區(qū)域的電法探測(cè)和井下槽波地震勘探進(jìn)行構(gòu)造區(qū)域的震法探測(cè),綜合判定構(gòu)造異常;然后針對(duì)富水異常和構(gòu)造異常進(jìn)行直觀的鉆孔窺視法驗(yàn)證;最終,根據(jù)異常區(qū)域指導(dǎo)礦方進(jìn)行工作面布置,并制定相關(guān)的防治措施,保證工作面的安全高產(chǎn)、高效回采。
圖2 主要物探手段及技術(shù)路線圖
井上應(yīng)用PROTEM 47瞬變電磁儀進(jìn)行探測(cè),試驗(yàn)得出了最佳的發(fā)射線框邊距、發(fā)射電流、頻率、增益大小、積分時(shí)間等參數(shù),分別為120m×120m、20A、25Hz、1和15s,并利用以上參數(shù),準(zhǔn)確圈定出了3#、9#和15#煤不同層位的積水異常區(qū)范圍,完成了富水異常區(qū)的半空間探測(cè)。
圖3 井上下瞬變電磁法探測(cè)結(jié)果
井下應(yīng)用YCS111瞬變電磁儀進(jìn)行探測(cè),受限于巷道的掘進(jìn)長(zhǎng)度,僅在雙側(cè)均已成形的1/3順槽施工,通過(guò)與井上瞬變電磁法探測(cè)成果的對(duì)比與分析,確定出了回采工作面內(nèi)部及頂部采空積水區(qū)和基巖富水區(qū)的范圍,并研究得到該區(qū)域視電阻率小于15Ω時(shí)普遍富水。
最終,圈定工作面內(nèi)部區(qū)域?qū)?yīng)的3#煤和9#煤的富水異常區(qū)范圍分別為32600m2和71840m2,采面同層富水性較弱。
井下采用Summit Ⅱ Ex槽波地震儀進(jìn)行反射法勘探,采用檢波器間距20m,炮點(diǎn)間距20m,炮檢距為10m的觀測(cè)系統(tǒng)布置,共探測(cè)出三個(gè)異常帶:第一個(gè)異常帶:水平方向距離切眼550~675m,垂直方向距離1533052巷10~30m,分析為空巷影響;第二個(gè)異常帶:水平方向距離切眼250~500m,垂直方向距離1533052巷70~115m,分析為破碎帶或斷層構(gòu)造;第三個(gè)異常帶:水平方向距離切眼10~140m,垂直方向距離1533052巷70~115m,分析為斷層構(gòu)造。
另外,采用YDT88無(wú)線電波透視儀對(duì)雙側(cè)均已成形的1/3順槽進(jìn)行探測(cè),共探測(cè)出四處異常:YC1推斷為空巷影響;YC2、YC3、YC4推斷為褶曲軸部及周邊煤巖破碎帶影響所致。
圖4 無(wú)線電波透視探測(cè)成果圖
綜合無(wú)線電波透視與槽波地震勘探成果,認(rèn)為,槽波探測(cè)可以從橫向和縱向上進(jìn)行綜合分析,探測(cè)出異常的大概位置,但空巷對(duì)槽波的發(fā)育和傳播較為不利,如其背后有隱伏構(gòu)造,則無(wú)法探明,而無(wú)線電波透視雖然橫向分辨率準(zhǔn)確,可縱向分辨率較差,對(duì)斷層構(gòu)造也無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確判斷,因此,兩種方法的有效結(jié)合可以更好地提高構(gòu)造探測(cè)的準(zhǔn)確性。
綜合富水異常和構(gòu)造異常的圈定結(jié)果,利用YCJ90/360鉆孔測(cè)井儀的窺視分析進(jìn)行直觀驗(yàn)證,并制定相關(guān)防治措施,實(shí)現(xiàn)井上下聯(lián)合精細(xì)化物探的“閉合性”。由圖5可以看出,鉆孔窺視成像清晰,可以清楚地看到采空積水區(qū)、裂隙出水、巖體破碎等現(xiàn)象。
圖5 鉆孔窺視成像
通過(guò)回采工作面井上下聯(lián)合精細(xì)化物探手段,圈定了采面的富水異常區(qū)和構(gòu)造異常區(qū),礦方針對(duì)富水區(qū)域布置了多個(gè)鉆孔,成功進(jìn)行了采空區(qū)積水的預(yù)疏放,總放水量達(dá)130000m3,并于切眼段實(shí)際揭露槽波探測(cè)第三個(gè)異常帶,通過(guò)采取縮短切眼長(zhǎng)度,布置順槽反掘等措施,將斷層分隔于工作面之外,另外,煤巖體破碎帶也得到了窺視驗(yàn)證,通過(guò)采取煤體注漿加固技術(shù),保證了工作面的安全回采,大大降低了無(wú)計(jì)劃揭露構(gòu)造和突水帶來(lái)的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡,本次研究應(yīng)用效果良好。
(1)井上下電法的富水區(qū)域探測(cè),從半空間到全空間進(jìn)行了精細(xì)化的解釋,提高了探測(cè)的準(zhǔn)確性。
(2)井下電法與震法的構(gòu)造區(qū)域探測(cè),確保了探測(cè)橫、縱向分辨率的準(zhǔn)確性,從不同原理提高了探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
(3)通過(guò)本次研究,分析了多種物探方法的使用范圍,從理論到實(shí)踐,形成了一套保證工作面安全回采的物探體系:地面物探以瞬變電磁法為主,從整體上控制區(qū)域不同煤層的小煤窯開(kāi)采積水區(qū)和富水區(qū)域;井下采煤工作面采用瞬變電磁法、槽波探測(cè)法、無(wú)線電波透視法等,探明富水異常區(qū)和地質(zhì)構(gòu)造區(qū);為檢測(cè)地面和井下物探效果,采用鉆孔窺視進(jìn)行驗(yàn)證。最終,對(duì)工作面形成了“閉合式”精細(xì)化物探,保證工作面的安全回采。