掘进巷道前方灰岩赋水性超前探测.pdf

稷羧爨 掘进巷道前方灰岩赋水性超前探测 伏庆辉’ 孙伟涛 刘振庆 1 ． 保利能源控股有限公司山西分公司 山西晋0 3 1 3 0 0 2 ． 中国煤炭地质总局1 1 9 勘探队河 fl t t l 郸0 5 6 1 0 7 【 摘要】为了 查明掘进巷道前方顶板灰岩赋水性， 防止顶板涌水量 过 大影响巷道正常掘进 ， 本文对地 质概 况、 电性特征及探 查技 术进行 了 研 究， 根据 顶板 灰岩厚度， 设计探测角度5 0 。 。 通过对比探放 水资料及实际揭 露情况， 证明矿井瞬变电磁法在探 测巷道前方顶板岩性赋水性方 面效果显 1 著。 l 关键词l 灰岩； 赋水性； 超前 探测 引言 煤 层开采过 程 中， 常会遇到 一些较 大的裂 隙发育区、 断层破 碎带、 岩溶陷落柱及其伴生构造等， 它们不仅破坏了煤 岩 层的连续性， 还会 导通赋水层或老空区水， 严重的会导致透水事故， 因此， 提前采用物探 手段预测掘进巷道前方煤 岩 层赋水性具有重要的现实意义。目 前井 下超前赋水性探测常用三点一 三极直流超前探测和矿井瞬变电磁法超 前探测， 由于直流电法要求巷道不能起伏较大且长度不小于1 5 0 m， 具有 一 定局 限性 ； 矿井瞬变 电磁法在巷道 掘进工作面附近 施工 ， 不要求巷 道 长度及起伏情况， 且数据采集简便、 快捷， 对低阻反应比较灵敏， 纵横向 分辨率较高， 目前该方法正在逐步替代直流电法成为巷道超前赋水性 探测 的重要方法。 1 、 地质概况 某矿9 0 6 工作面设计巷道为下山掘进， 顶板为太原组灰岩， 底板为 砂岩。 顶板太原组灰岩裂隙较发育， 赋水性较强， 且巷道掘进前方无其 他采掘活动， 即顶板太灰水未得到疏放， 故推测顶板涌水量较大， 会给 排水工作带来较大压力， 进而影响巷道正常掘进， 因此采用矿井瞬变电 磁法于巷道掘进工作面进行超前探测并针对性的布置探放水钻孔 ， 可 以提前对顶板太 灰水进行疏 放。 2 、 地质一 地球物理特征 本次 探测涉及的主要 层位为顶板灰 岩、 顺 层煤 层及底板 砂岩。 干燥 情况下， 灰岩电阻率较高， 砂岩次之， 本次探测煤层为焦煤， 变质程度 高， 电阻率较低， 因此会呈现顶板电阻率高、 顺层煤层电阻率低、 底板砂 岩电阻率较高的情况。 由于顶板灰岩裂隙较发育， 且赋水性较强， 其电 阻率值会大大降低， 从而改变原来的电性分布特征。 这种变化规律的存 在， 为以岩石导电眭差异为物理基础的矿井瞬变电磁法探测提供了良好 的地 质条件u 。 3 ． 探查技术 3 ． 1理论依据 矿井瞬变电磁法是通过井下巷道中设置不接地回线， 通过向巷道 两侧发射一次脉冲电磁场， 并在一次脉冲电磁场的发射间歇期间， 利用 不接地回线观测二次涡流场， 再测量这种由巷道两侧一次涡流场范 围 内所有围岩介质所产生的二次感应电磁场随时间而发生变化的衰减特 征 ， 从测 量到 的异常结果分 析出不均匀体 的位置和导 电性 ， 从而 达到解 决 地质 问题 的 目的一种方法 。 3 ． 2 装置 矿井瞬变电磁法工作装置主要有重叠回线装置和偶极装置两种。 重叠回线装置优点是异常响应幅值大、 耦合好、 施工方便， 缺点是线圈 互感、 自感效应强， 一次场影响严重， 探测盲区较大； 偶极装置优点是收 发线圈互感影响小， 一次场影响小， 缺点是二次场信号较弱， 探测效果 较 差。本次 探测采用澳 大利 亚产T e r r a TE M型瞬变 电磁 仪， 该仪 器为收 发一体机， 采用边长为2 m的方形重叠回线装置， 发射线圈4 0 匝， 接收线 圈5 O 匝， 采样时长l O O m s ， 探测距离1 2 5 m 左右。 3 ． 3测点布置 巷道中采集数据时， 测点需根据巷道尺寸设计， 本次探测巷道断面 为4 mx 2 ． 5 m， 故布置如下9 个测点。 巷道掘进工作面前方存在隐伏赋水 层位 时， 会破 坏岩层的整体性 从而使 岩层 电性产生明显 差异 ， 通过分 析 掘进工作面前方及左右侧帮的视电阻率变化规律， 即可推断出含水构 f -．易 巷道横截面 图 1测点布置圈 0 5 1 0 1 5 20 2 5 3 0 3 5 40 图 2超前探查视电阻率等值线图 造位 置及其范围 J 。 3 ． 4探测角度 石 为了使 煤层顶板 灰岩在 矿 y 井 瞬 变 电 磁 一 次 场 椎 体 辐 射 范围内， 探测角度需根据顶板 灰岩厚度及探测距离决定。 根 据水文地质资料及地质钻孔分 析， 灰岩厚度约为3 0 m， 探测距 离为1 2 5 m， 因此设计探测角度 3 0 。 即可满足本次探测要求 。 4 应用实例 图2 为 采 用 图1 测 点于 巷 道 掘 进 工作面探测形成的视电阻率等值线 图， 横坐标为测点相对坐标， 单位为 m， 纵 坐标 为沿 3 0 。探测方 向的 探测 距离， 单位 为m。 分析该 图发现， 横 坐标 0 1 5 m、3 0 -4 5 m，纵 坐标 6 6 1 2 6 m、 7 0 - 1 1 6 m位置 图中圈出 视 电阻率值小于2 Q． m， 为相对低阻反 应 ， 推 测为 低 阻异常赋 水 区 ， 建 议针 对低阻位置布置探放水钻孔。 矿方以 此为依据对两个低阻异常区布置了两 个探放水钻孔， 共放 水约2 4 0 0 m 。 5 、 结论 1 通过分析岩石的电性特征， 为 矿井 瞬 变 电磁 法 在掘 进 巷道 超 前 赋 水陛探测提供了理论依据。 2 根据水 文地质资料及地质钻孔， 结合本次探 测距离， 设计探测角度3 0 。 ， 可以满足 探测需求。 3 通过分析应用实例， 结 合探放 水钻孔验 证资料 ， 表明矿 井瞬 变电磁法在探测掘进巷道前方煤 岩 层赋水眭方面效果显著。 参考文献 【 1 ] 于景邮． 矿井瞬变电磁法勘探【 M 】 ． 徐州 中国矿业大学出版社， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 姜志海． 巷道掘进工作面瞬变电磁超前探测机理与技术研究【 D 】 ． 徐 州 中国矿业大学博士论文， 2 0 0 8 5 9 -- 7 1 ． 【 5 】 刘振庆， 于景邮， 胡兵等． 矿井瞬变电 磁法在探查迎头前方构造中的应 用[ J ] ． 物探与化探， 2 0 1 1 ， 5 5 1 1 4 0 --1 4 2 ． 【 4 ] 于景邮， 刘振庆， 廖俊杰． 全空间瞬变电 磁法在煤矿防治水中的应用 [ J ] ． 煤 炭科学技 术， 2 0 1 1 ， 5 9 9 1 1 0 -1 1 5 ． 作者简 介 伏庆辉 1 9 6 6 年7 月一 ，男， 汉族 ， 山东临沂人， 高级工程 师，7 9 9 0 年毕 业于原山东矿业学院煤 田地 质与勘探专业， 现任 保利 能源控股有限公 司山 西分公司安全监察部部长， 主要从事煤矿地测防治水安全管理工作．