采掘工作面井下超前探测技术.pdf

3 6 河 北 煤 炭 2 0 1 1 年第2 期 采 掘 工 作 面 井 下 超 前 探 测 技 术 彭鉴 冀 中能源股份公司 东庞矿，河北 邢 台0 5 4 2 0 1 摘 要采用井下瞬变电磁借道超前探测技术，较好地解决了煤矿采掘工作面隐伏含水构 造、老空水探测难题 ，探测效率、控制范围及准确性得到大大提高。 关键词 采掘工作面；瞬变电磁 ；超前探测；含水异常 中图分类号 I 6 3 1 ． 3 2 5 文献标识码 B 文章编号1 0 0 7 1 0 8 3 2 0 1 1 0 2 0 0 3 6 0 2 T h e t e c h n o l o g y o f u n d e r g r o u n d a d v a n c e d d e t e c t i o n ● ● ● ，- i n m i n in g r a c e P ENG J i a n 1 前言 东庞矿地处华北型煤 田，底板奥灰岩溶含水层 厚度大、补给充沛、井田内断层和陷落柱发育等诸 多不利因素并存，防探水任务十分艰巨。 2 0 0 3年 4月 1 2日，东庞矿 2 9 0 3工作面下巷 掘进 中发生特大突水、淹井事故 ，最大突水量超过 7 0 0 0 0 m 3 ／ h 。突水水源为下伏奥陶系灰岩水 ，突水 通道为巷道右帮 1 0 m外侧隐伏导水陷落柱。 本次突水 ，也给矿井地质工作者提出一个新的 课题，亦即如何解决巷道侧前方隐伏含水构造探测 问题。 2现有探测技术分析 从我国煤矿井下巷道超前探测技术分析 ，目前 应用较多的主要有直流电法 、瑞雷波 、地质雷达、 远红外等物探技术。 瑞雷波、地质雷达技术可用于巷道前方 、侧方 探测，但存在测距近、适应性差、对异常含水性判 别困难等问题。 远红外测温技术 ，可用于巷道前方 、侧 方探 测 ，但测距小、精度低 ，只能进行定性普查 ，尚不 足以直接用于含水异常探测。 电法超前探测技术，主要用于掘进头正前方隐 伏含水构造探测，简便 、实用、对水敏感、异常探 出率高、测距可以达到 1 0 0 m以上。但缺点是控制 范围小 、只能预测巷道掘进正前方有无含水构造 ， 而且探测工作量大。 因此，开发新 的、更大范围、更高效率 的超前 含侧向 探测技术 ，无论对煤矿防水保安 ，还是 对矿井物探技术发展来讲，都是十分必要的。 借助瞬变电磁定 向性好 、对水敏感的技术优 势，东庞矿与河北煤炭科学研究院合作， 采用井下 瞬变电磁 “ 借道超前”新技术，不仅大大提高了探 测控制范围和现场工作效率 ，同时实现了对设计巷 道及工作面的超前探测 ，而且取得较好地质效果。 3 探测方法简介 瞬变电磁法 简称 ， I EM是利用不接地 回线 或接地线圈向地下发送脉冲电流 ，以激励探测 目标 体感应二次电磁场，脉冲间歇期间，利用线圈或接 地电极观测二次场随时间变化的响应 。 现场利用空气及煤、岩对电磁波传播、吸收特 性 的差异 ，通过调整发射 、接收线圈摆放位置及角 度 ，可对探测方向进行准确控制。 “ 借道超前”是利用井下现有巷道 ，探测侧方 设计巷道及工作面的水文地质条件，对探测范围内 有元含水构造及其空 间位置 、展布范围作 出预测 。 工作布置及探测原理如图 1 所示 。 现场测量时，发射框和接收框按一定间距沿测 2 0 1 1 年第2 期 河 北 煤 炭 3 7 量帮同步移动。框间距一般 1 0 m，现场可根据环 境条件 、二次瞬变场信号变化情况进行调节 ，原则 是保证二次瞬变信号的线性衰减 。另外发射框和接 收框必须始终位于同一平面，框轴线顺煤层倾 向， 即设计待掘巷道位置。测量过程中，为确保较高的 信噪比，除要求巷道内电缆必须采取停电外 ，金属 管路、电缆等 良导体必须放于底板或移开 ，以最大 限度地减少干扰。 采用这种探测技术 ，最突出的优点有二 一是 控制范围大 ，探测距离达 1 5 0 m以上 ，可覆盖整个 设计工作面及设计巷道两侧区域 ，异常定位及定性 明确，最大限度地减少了巷道侧前方隐伏含水构造 掘进突水及工作 面内隐伏含水 构造 回采 突水 的威 胁 ；二是探测效率大幅提高 ，长 1 0 0 0 m的巷道一 次即可完成现场探测 ，耗时仅 3～ 4 h ，工作效率较 传统的直流电法巷道超前探测提高近 2 0倍。 4 探 测实例及效果 实例 l东庞矿 2 9 0 4工作面 图 2为东庞矿 2 9 0 4工作面超前探测成果图 。 目的是为工作面回采及胶带巷掘进提供防水依据。 探测工作沿 2 9 0 4轨道巷里帮顺煤层倾 向进行 ，探 测范围内视电阻率总体较高， 未发现大的隐伏含水 构造异常 ，仅在局部地段存在 2 处小的条带状低阻 异常 ，分析为煤层顶板岩层局部破碎 、弱含水 引 起 。 后来 ，矿方掘进 中采用电法及 钻探技术 ，对 2 个异常区进行了验证。目前 ，巷道已掘进结束 ，掘 进 中 2个异常区附近顶板破碎 ，有少量滴 、淋水现 象 。 2 9 0 4皮带巷 一 ．～一．．一一一～～一 2 __9 o 4 _ 煎望 一 一 ⋯ 一 一 一 一 一 ～ ⋯ ～一一___一～一一⋯～～一一一 一一一⋯一一一一一一一一一一 图 2 东庞 矿 2 9 0 4 轨道巷探测成果 实例 2范各庄矿 2 0 9 0 下山侧方 开滦集团范各庄矿一条设计巷道在 3 陷落柱 和 1 O 导水陷落柱之间穿过 ，为确保巷道掘进安 全 ，2 0 0 8年 4月 8日采用井下瞬变电磁 “ 借道超 前”技术 ，在该巷道旁侧 2 0 9 0下 山巷道进行现场 探测。2 0 9 0下山瞬变电磁探测成果见图 3 。 、， 一 一j 一 ／ ／’ ／ 、 ／ 窿 图 3 范各庄矿 2 0 9 0 F 山瞬变 电磁探测成果 图 巷道为工字钢支护，探测在巷道左帮进行，测 线长 2 0 0 m，探测解 释距离 2 0 0 m。探测解释曲线 如 图4所示。 经打钻证实，钻孔经过该两处低阻异常区 ，岩 层破碎 ，出水量分别为 0 ． 6 m3 ／ mi n和 1 ． 8 6 m ， mi n 。 1 5 3 5 5 5 7 5 9 5 1 1 5 1 3 5 1 5 5 1 7 5 1 9 5 一一一一～一一一一一一一⋯澍 点 曼 一 一 一 一 一 ． ． 一 一一 一 图4 范各庄矿 2 0 9 0 下山侧下瞬变探测曲线 5结论 瞬变电磁技术用于煤矿井下 “ 借道超前”探 测 ，具有测距大、异常定位准确 、探测效率高等优 点，特别适于机械化程度比较高的现代化高产高效 矿井。相信随着该技术的进一步发展与完善，其在 煤矿防探水工作中将会发挥越来越大的作用。 作者简介彭 鏊 1 9 6 7 一 ，男，河北博野人 ，高级工 程师，冀中能源股份公司东庞矿副总工程师。 收稿 日期 2 0 1 1 0 3 1 0 ；编辑 毛志 国