（山西晉能集團(tuán)盛泰煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400）

1 工程概況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)盛泰煤業(yè)15202運(yùn)輸順槽位于井田二采區(qū)中部，東部225 m與15201工作面相鄰，西部20 m為后莊溝、迪陽村、石堂會(huì)村保安煤柱，南部為礦井邊界保護(hù)煤柱，北部25 m為西翼膠帶大巷、57 m為西翼軌道大巷。巷道沿15號(hào)煤層底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度2624m，斷面為矩形，巷道設(shè)計(jì)凈寬5m，巷高4m，支護(hù)方式采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。

15#煤層頂板為K2灰?guī)r，K2灰?guī)r為煤層的直接頂巖層，厚度為6.23～11.35m，在部分地段巖溶裂隙較發(fā)育，富水性較強(qiáng)，為本工作面的直接充水水源；K3灰?guī)r距15#煤層頂板19.19m，該層厚度約3.62m，巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)；K4灰?guī)r距15#煤層33.19m，該層厚度為3.79m，巖溶裂隙發(fā)育，富水性較強(qiáng)，工作面上覆存在著3#煤層采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)含有大量積水，3#煤層與15#煤層間的平均間距為110 m。根據(jù)礦井地質(zhì)資料可知，運(yùn)輸順槽開口125m的位置處發(fā)育一個(gè)陷落柱，但該陷落柱的發(fā)育高度地質(zhì)資料中并無數(shù)據(jù)，為防止其導(dǎo)通頂板巖溶裂隙水，巷道掘進(jìn)通過時(shí)出現(xiàn)突水事故，充分保障巷道掘進(jìn)期間的安全，采用瞬變電磁進(jìn)行超前探測(cè)含水性。

2 瞬變電磁探測(cè)技術(shù)

在煤礦井下巷道掘進(jìn)作業(yè)施工過程中，由于巷道前方煤巖體可能會(huì)與地質(zhì)構(gòu)造作用、采空區(qū)或封閉鉆孔等存在富水區(qū)域的空間導(dǎo)通，為保障巷道掘進(jìn)期間的安全，采用瞬變電磁超前探測(cè)技術(shù)進(jìn)行巷道掘進(jìn)頭前方富水情況的探測(cè)，以了解前方的富水特性[1-2]。

瞬變電磁法的基本原理是通過接地線圈向工作面內(nèi)發(fā)射一次脈沖電磁場(chǎng)，在一次脈沖電磁場(chǎng)的間斷時(shí)間接地線圈和電極會(huì)分別探測(cè)形成二次渦流場(chǎng)，以此有效區(qū)分探測(cè)區(qū)域的不同電阻率，并能夠根據(jù)探測(cè)得出的數(shù)據(jù)，采用扇形成圖方法，在實(shí)際平面位置處繪制不同深度測(cè)點(diǎn)的電阻率數(shù)值，繪制得出探測(cè)區(qū)域的電阻率等值線圖[3]。瞬變電磁法運(yùn)用雙“煙圈”理論，渦流場(chǎng)的極大值出現(xiàn)在發(fā)射圈前方的探測(cè)面處，且其隨著時(shí)間的推移渦流場(chǎng)處會(huì)出現(xiàn)類似于煙圈一樣程度的移動(dòng)減弱。再基于磁感應(yīng)的強(qiáng)度進(jìn)一步計(jì)算探測(cè)方向上不同介質(zhì)的電阻性情況，根據(jù)電阻性不同區(qū)域具體圈定富水區(qū)的空間位置及大小。

圖1 瞬變電磁法原理

3 探測(cè)方案及結(jié)果分析

3.1 探測(cè)方案

（1）探測(cè)裝置及參數(shù)

在15202運(yùn)輸順槽掘進(jìn)100 m后，采用瞬變電磁技術(shù)進(jìn)行掘進(jìn)工作面超前探測(cè)作業(yè)，探測(cè)儀器采用YCS200A礦用本安型瞬變電磁儀器裝備系統(tǒng)，探測(cè)裝置采用邊長(zhǎng)為1.5m的發(fā)射和接收正方形重疊線圈，發(fā)射線圈的匝數(shù)為4匝，接收線圈的匝數(shù)為40匝，裝置送供電電流和脈寬分別為50A和10 ms，在測(cè)試作業(yè)時(shí)為確保測(cè)試的準(zhǔn)確性，針對(duì)測(cè)點(diǎn)至少進(jìn)行30次的疊加[5-6]。

（2）超前探測(cè)工作方法

在運(yùn)用瞬變電磁探測(cè)技術(shù)進(jìn)行巷道掘進(jìn)頭前方煤巖體富水性的探測(cè)作業(yè)時(shí)，由于巷道掘進(jìn)迎頭的空間有限，故測(cè)試作業(yè)時(shí)，需采用多匝小回線的發(fā)射裝置和接收裝置。該類裝置的邊長(zhǎng)在2～3 m。巷道掘進(jìn)迎頭的測(cè)點(diǎn)從巷道左幫開始布置，發(fā)射和接收天線的的法線垂直于巷道左側(cè)面，再將天線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，分別與巷道成60°、45°和30°夾角進(jìn)行探測(cè)；隨后再在主掘進(jìn)迎頭的斷面上布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)左右，巷道右側(cè)面的探測(cè)方式基本與左側(cè)面對(duì)稱。該種探測(cè)技術(shù)稱為扇形測(cè)深技術(shù)，通過該技術(shù)能夠形成4條超前探測(cè)的剖面（頂板30°、15°、0°、底板30°），具體工作方法見圖2。

圖2 瞬變電磁超前探測(cè)工作

3.2 結(jié)果分析

根據(jù)瞬變電磁所得數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的歸一化處理，得出在不同時(shí)間區(qū)段的電阻率數(shù)值，進(jìn)一步能夠轉(zhuǎn)化成為測(cè)量線的電阻率剖面圖，采用扇形成圖法得出不同探測(cè)剖面的視電阻率剖面，見圖3。

分析圖3（a）可知，在運(yùn)輸巷掘進(jìn)迎頭前方頂板30°斜上方的視電阻斷面扇形圖中，在測(cè)線正前方0～30m、左幫40～100m的范圍、角度在左幫的0°～30°的范圍內(nèi)存在著低阻異常區(qū)域；另外在測(cè)線正前方20～70m、右?guī)?0～80m、角度在右?guī)偷?0°～60°之間存在著低于異常區(qū)域。結(jié)合15202運(yùn)輸順槽的地質(zhì)條件可知，導(dǎo)致該區(qū)域出現(xiàn)低阻異常的主要原因?yàn)轫敯宓幕規(guī)r裂隙水。

分析圖3（b）可知，在運(yùn)輸巷掘進(jìn)迎頭前方頂板15°斜上方的視電阻斷面扇形圖中，在測(cè)線正前方0～30m、左幫40～90m的范圍、角度在左幫的0°～30°的范圍內(nèi)存在著較小區(qū)域的低阻異?，F(xiàn)象；在測(cè)線正前方30～50m、左幫30～50m、角度在左幫的45°之間同樣存在著小范圍的低阻異常區(qū)域，該區(qū)域出現(xiàn)低阻異常的原因同樣最可能為頂板的灰?guī)r裂隙水。在測(cè)線的正前方20～50m、右?guī)?0～70m，角度在右?guī)偷?0°～60°范圍內(nèi)，存在著低阻異常區(qū)域。

分析圖3（c）可知，在運(yùn)輸巷掘進(jìn)迎頭前方的視電阻斷面扇形圖中，在測(cè)線正前方0～40m、左幫50～90m的范圍、角度在左幫的0°～45°的范圍內(nèi)存在著低阻異常區(qū)域；另外在測(cè)線正前方30～70m、右?guī)?～30m、角度在右?guī)偷?0°～90°之間存在著低阻異常區(qū)域，測(cè)線正前方10～40m、右?guī)?0～70m、角度在右?guī)偷?°～40°之間存在著低阻異常區(qū)域。

分析圖3（d）可知，在運(yùn)輸巷掘進(jìn)迎頭前方30°斜向下的視電阻斷面扇形圖中，在測(cè)線正前方0～40m、左幫30～80m的范圍、角度在左幫的0°～45°的范圍內(nèi)存在著低阻異常區(qū)域；另外在測(cè)線正前方30～60m、右?guī)?～30m、角度在右?guī)偷?0°～90°之間存在著低阻異常區(qū)域。

綜合上述分析可知，在15202運(yùn)輸順槽掘進(jìn)頭前方存在一定的富水可能性，且在掘進(jìn)迎頭30 m位置處，視電阻率的低阻異?，F(xiàn)象較為顯著，故該處存在著富水區(qū)域可能性極大。

3.3 防治水措施

根據(jù)瞬變電磁的探測(cè)結(jié)果，針對(duì)掘進(jìn)頭前方30m的低阻異常區(qū)域，采用鉆孔探測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)驗(yàn)證得到的結(jié)果可知，巷道掘進(jìn)頭前方30 m區(qū)域確實(shí)存在著含水區(qū)域；根據(jù)探測(cè)鉆孔探測(cè)結(jié)可知，該區(qū)域的水壓為2MPa，陷落柱的發(fā)育高度為40m，驗(yàn)證了瞬變電磁探測(cè)結(jié)果的正確性，并在巷道掘進(jìn)通過陷落柱區(qū)域前，采用注漿封堵技術(shù)進(jìn)行堵水，最終運(yùn)輸順槽順利掘進(jìn)通過該陷落柱富水區(qū)域。

4 結(jié)語

根據(jù)15202運(yùn)輸順槽的地質(zhì)條件知巷道開口125m的位置處可能發(fā)育一個(gè)陷落柱，導(dǎo)通了頂板巖溶裂隙水，通過具體分析瞬變電磁探測(cè)技術(shù)的原理，在巷道掘進(jìn)100 m后，采用瞬變電磁探測(cè)技術(shù)進(jìn)行超前探測(cè)作業(yè)。根據(jù)探測(cè)結(jié)果可知，掘進(jìn)工作面前方30 m表現(xiàn)為低阻異常，富水可能性較大，并通過探測(cè)鉆孔驗(yàn)證的方式，驗(yàn)證了探測(cè)結(jié)果，為巷道掘進(jìn)通過該富水區(qū)域提供了保障。