張 帥 高 俊 侯群磊

（河南能源化工集團永煤公司永安公司，河南 永城 476600）

河南能源化工集團永煤公司作為全國重要的無煙煤基地之一，礦區(qū)煤層淺埋區(qū)經(jīng)多年開采，資源逐漸枯竭，開采已逐步向深部延伸，出現(xiàn)煤層底板下太原組灰?guī)r含水層水壓增大現(xiàn)象，致使突水幾率大大增高。在煤層回采前，需對含水層上開采煤層的安全可靠性進行評價，煤層底板富水性探測技術(shù)研究成為關(guān)鍵[1-5]。

1 技術(shù)路線

因永煤礦區(qū)地層沉積序列清晰，地層相對穩(wěn)定，正常地層組合條件下，地層在橫向和縱向上都有固定變化規(guī)律的地層電性特點。礦井瞬變電磁能研究煤層底板平面上的低阻含水體分布特征，礦井直流電法可以揭露垂直于地層方向上不同深度的含水體問題。基于井下瞬變電磁勘探的特性，受發(fā)射電流關(guān)斷時間的影響，早期測量信號畸變，無法準(zhǔn)確探測淺層的地質(zhì)異常體，一般認(rèn)為存在約15～20 m 的淺部探測盲區(qū)，因此其探測范圍內(nèi)兩順槽存在盲區(qū)。運用高密度電法對兩順槽煤巷底板勘探，再進行綜合分析，有效消除勘探盲區(qū)，達到精準(zhǔn)探查目的，技術(shù)路線如圖1。

圖1 綜合探測技術(shù)路線圖

2 工程實例

2509 工作面為永煤公司陳四樓煤礦25 采區(qū)一個回采工作面，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，開采對象為山西組中下部二2#煤，煤層厚度1.9～3.1 m，平均2.5 m。為保障工作面的安全回采，采用瞬變電磁與高密度電法二者相結(jié)合的綜合勘探方法對煤層底板下太原組灰?guī)r含水層富水性進行預(yù)測。

2.1 初探工程

2.1.1 瞬變電磁探測

瞬變電磁勘探工程使用加拿大GEONICS 公司生產(chǎn)的PROTEM-CM 型瞬變電磁儀，施工前將巷道探測區(qū)域內(nèi)動力電纜、大型機電設(shè)備停電，施工時采用1 m×1 m 的多匝數(shù)矩形重疊回線裝置進行測量。因同點共圈式裝置發(fā)射線圈與接收線圈互感嚴(yán)重、盲區(qū)較大，對淺層地質(zhì)信息丟失較多，故施工時采用移動源共面偶極式裝置對工作面底板進行探查。探測時發(fā)射線圈與接收線圈一前一后（間距10 m）同時以相同探測傾角（線圈法線角度與水平角之間夾角）布置于相鄰兩測點，二者框面平行，之后再移動至下一測點重復(fù)觀測直至測線結(jié)束，以盡可能完整地得出勘探區(qū)內(nèi)煤層底板一定范圍內(nèi)的多個維度的富水性信息。采集到的原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過專業(yè)軟件反演，得到底板巖層視電阻率剖面圖如圖2。

圖2 2509 工作面下順槽瞬變電磁探測視電阻率值剖面圖

根據(jù)瞬變電磁勘探視電阻率剖面圖，結(jié)合實際地質(zhì)資料和巷道探測環(huán)境，確定陳四樓煤礦2509工作面下順槽向工作面內(nèi)底板探測視電阻率剖面圖中數(shù)值低于3 的為相對富水區(qū)。由圖2 可知，自探測開始位置起10～40 m、70～130 m、145～170 m 處視電阻率值出現(xiàn)明顯低阻，疑為底板灰?guī)r承壓水沿裂隙或斷裂帶導(dǎo)高抬升，故將其作為富水異常區(qū)域圈定處理。

2.1.2 高密度電法探測

根據(jù)探測目的，探測時采用溫納（對稱四極）法探測。在2509工作面下順槽布置高密度電法測線，從外向里共一次布置6 條測線，48 個電極，滾動測量一次，最終得到高密度電法勘探底板灰?guī)r視電阻率圖如圖3。

圖3 2509 工作面下順槽高密度電法物探成果圖

由成果圖可知，自探測開始位置起100～160 m、640～680 m 處視電阻率值出現(xiàn)明顯低阻且從深部至淺部發(fā)育較完整，疑為底板灰?guī)r承壓水沿裂隙或斷裂帶導(dǎo)高抬升，故將其作為兩處富水異常區(qū)域圈定處理。

2.1.3 物探異常區(qū)域鉆探驗證成果分析

依據(jù)瞬變電磁法和高密度電法視電阻率成果圖，結(jié)合2509 工作面水文地質(zhì)資料和巷道探測環(huán)境，圈定出探測范圍內(nèi)的底板灰?guī)r富水異常區(qū)域，如圖4。

圖4 2509 工作面下順槽底板灰?guī)r富水異常區(qū)域平面圖

經(jīng)過鉆探驗證，物探異常區(qū)域內(nèi)鉆孔出水情況如下：探測區(qū)域底板改造鉆孔出水量>30 m3/h 的鉆孔共計12 個，終孔落點在瞬變電磁法物探異常區(qū)內(nèi)的6 個，終孔落點在高密度電法物探異常區(qū)內(nèi)的2 個，探測準(zhǔn)確率達到66.7%。

2.2 復(fù)探驗證

為驗證底板注漿改造效果，徹底消除富水異常區(qū)，在探測區(qū)域進行底板改造后，重新進行一次瞬變電磁復(fù)探，其成果作為底板注漿改造效果評價、工作面防治水安全評價的重要依據(jù)。本區(qū)段在鉆探工程結(jié)束之后進行了復(fù)探，視電阻率剖面圖如圖5。

圖5 2509 下順槽瞬變電磁探測復(fù)探視電阻率值剖面圖

由圖可知，經(jīng)鉆探驗證及底板注漿加固改造后，探測區(qū)域內(nèi)未出現(xiàn)視電阻率值低阻值區(qū)，尤其是原先的低阻異常區(qū)域在注漿改造后視電阻率值明顯增大，說明底板注漿改造效果較好，底板灰?guī)r含水層已不存在明顯強富水異常。

3 結(jié)語

全流程綜合物探技術(shù)有效地消除了勘探盲區(qū)，達到精準(zhǔn)探查目的。在工作面底板改造前進行初探，圈定底板灰?guī)r含水層富水異常區(qū)范圍，為鉆孔施工提供標(biāo)靶，以提高底板改造工程施工效率；檢驗注漿改造效果，保障工作面安全回采。