综合物探技术超前探测矿井导水构造的应用.pdf

第 45 卷 S1 煤 炭 科 学 技 术 Vol. 45Special 20179 月Coal Science and TechnologySep．2017 综合物探技术超前探测矿井导水构造的应用 庞贵艮 神华神东煤炭集团有限责任公司 保德煤矿， 山西 保德036600 摘要 地球物理勘探技术经过多年的发展， 其在水文地质勘查中的地位与作用越来越明显， 特别是 井下物探方法越来越丰富， 选取正确的探测方法可以保证探测结果的准确性， 为下一步验证工作提供 精度更高的结果。介绍保德煤矿井下多种物探方法综合应用实例， 对比分析物理探测技术在矿井导 水构造探测中的应用效果。 关键词 地球物理勘探;井下物探; 水文地质;导水构造探测 中图分类号 TD163文献标志码 B 文章编号 0253－2336 2017 S1－0186－03 Application of comprehensive physical advance detection technology in mine water conveyance Pang Guigen Baode Coal Mine，Shenhua Shendong Coal Group Corporation Ltd. ， Baode036600， China 收稿日期 2017－05－20; 责任编辑 曾康生 作者简介 庞贵艮 1986 ， 男， 山西大同人， 工程师。Tel 15935008487， E－mail 307998083 qq．com 0引言 保德煤矿井田位于天桥岩溶泉域迳流排泄 区 ［1 ］， 主要含水层为奥陶系灰岩岩溶含水层， 平均 水位标高839 m， 富水性中等。矿井开采标高为 940420 m， 目前开采范围煤层底板隔水层承受 最大水压为 4. 9 MPa， 矿井开采中超前导水构造探 测对于奥灰水防治工作显得极为重要。矿井从 2012 年开始， 就进行掘进巷道超前导水构造物理探 测工作， 目前常用物探方法有 3 种， 通过对 3 种物探 结果综合对比分析， 基本能够探测出巷道前方构造 及赋水情况， 为矿井超前导水构造钻探验证、 水害预 测预报提供了技术依据。 1井下应用的物探方法 1. 1矿井瞬变电磁法 保德煤矿采用 YCS40 A 矿用瞬变电磁仪， 其 基本工作方法是 在巷道掘进面内设置瞬变电磁仪， 布置 3 条测线， 每条测线布置 11 个测点， 可以得到 一个以巷道掘进面位置为中心的圆锥形体探测范 围， 从而可以全方位地确定巷道前方及其周围是否 有低阻异常的存在， 施工布置如图 1 所示。目前矿 井已用该法施工各类超前探测 118 次。瞬变电磁对 低阻敏感， 设备方便携带与布设， 可以在巷道内灵活 探测 ［2 ］。但该方法受巷道内金属物及带电设施影 响， 必须进行数据校正 ［3 ］， 剔除假异常， 因此对操作 人员的数据筛选和图形处理技术要求较高。 图 1瞬变电磁探测布置示意 1. 2矿井直流电法 保德煤矿采用 YT120F A 音频电穿透仪进行 电法探测， 基本工作方法为在掘进面附近固定一 组供电电极 如 A1、 A2、 A3 ， 测量电极 MN 在巷道 内按箭头所示的方向以一定的间隔 3 ～ 6 m 移 动， 每移动 1 次测量电极 MN， 相应测量 1 次 A1、 A2、 A3 所对应的视电阻率值 ρ1 、 ρ 2 、 ρ 3。即通过观 测点电源场的分布特征达到分析掘进头前方异常 分布位置的目的［4－5 ］， 施工布置如图 2 所示。由于 音频电穿透仪的最大供电电流不超过 100 mA， 这 就限定了超前探测的距离不可能很大， 勘探距离 681 庞贵艮 综合物探技术超前探测矿井导水构造的应用2017 S1 一般在 100 m 内。目前， 矿井已施工掘进巷道音 频电透仪探测 105 次， 因音频电穿透探测使用低 频工作， 巷道内带电设备对物探信号影响较小， 只 要供电点和电极避免靠近水体与金属， 其探测结 果受施工环境影响较小。 图 2井下超前探测施工布置示意 1. 3瑞利波地震探测 保德煤矿采用 YTＲ D 瑞利波探测仪进行构造 探测。该方法可以超前探测掘进面前方或巷道的顶 底板、 巷道两帮一定范围内的煤层、 岩层的厚度及其 小构造的情况。在地质条件比较理想的条件下， 煤 巷可探测范围为 3～50 m， 岩巷可探测范围为 3～80 m。瑞利波井下探测施工装置示意如图 3 所示。近 年来矿井已使用瑞利波探测仪进行超前构造探测 58 次， 该方法不仅能够探查掘进前方断层构造， 而 且对煤层裂隙带探查有一定效果。 图 3瑞利波探测施工装置示意 2综合物探方法应用实例 2. 181506 运输巷超前导水构造探测 2014 年 5 月 7 日， 矿物探队在 81506 运输巷 1 050 m 处施实超前物理探测， 开始使用瞬变电磁 与音频电穿透 2 种物探方法进行探测， 从探测结果 中看出瞬变电磁探测 1 号异常区与直流电法探测 2 号异常区相互重叠， 探测结果如图 4、 图 5 所示。 81506 运输巷向前掘进 45 m 后进行瑞利波探测， 结 果显现探测位置前方 25～30 m 范围内有异常， 探测 结果如图 6 所示。瑞利波探测异常区与瞬变电磁及 音频电穿透探测异常区位置基本吻合。对该区域进 行钻探验证时， 钻孔出现少量涌水。后掘进至该区 域， 巷道揭露煤层裂隙带， 裂隙带宽度约 25 m， 顶板 淋水量达到 15 m3/h。综合运用 3 种物探方法， 准 确预测出掘进前方导水构造。 图 4瞬变电磁探测 图 5音频电透视 图 6瑞利波探测结果 2. 2联巷超前导水构造探测 2015 年 11 月， 物探队在三盘区二号回风大巷 18 联巷进行超前探测， 音频电穿透探测结果显示巷 道前方 22～26 m 处有低阻异常， 1 号异常范围靠近 瞬变电磁探测盲区， 2 个方法探测结果无法相互印 证， 探测结果如图 7、 图 8 所示。瑞利波探测 18 联 巷前方其中 19～24 m、 40～50 m 附近存在异常， 异 常范围中等， 一号异常强度相对较强。探测结果 如图 9 所示。3 种物探结果综合对比分析， 认为二 号回风大巷前方 19～26 m 范围内可能存在导水构 造。后对该区域进行钻探验证时钻孔出现少量 涌水。 巷道向前掘进 20 m， 先后揭露 2 条断层， 断层 走向基本一致， 最大断距 1. 5 m， 掘进过程中顶板淋 水达到 11 m3/h， 与物探结果基本一致。 781 2017 S1 煤 炭 科 学 技 术 第 45 卷 图 7矿井音频电透视施工结果 图 8矿井瞬变电测探测结果 图 9瑞利波探测结果 3结语 综合以上研究内容， 可以 3 种物理探测方法各 有优缺点， 电磁波对低阻敏感， 瑞利波对介质变化敏 感; 瞬变电磁受施工环境影响大， 直流电法受环境影 响小。在水文地质条件复杂矿井运用多种物探方法 进行超前导水构造探测， 通过对比探测结果的异同 点， 结果之间相互印证， 可以减小探测盲区， 提高超 前导水构造探测准确性。 参考文献 ［ 1］刘利军， 高振宇， 王有明．神东煤炭集团保德煤矿水文地质类型 划分报告［Ｒ］．鄂尔多斯 神东煤炭集团公司， 2010． ［ 2］张平松， 刘盛东， 李培根， 等．矿井瞬变电磁探测技术系统与应 用［J］．地球物理学进展， 2011， 26 3 353－360． ［ 3］连杰．多道、 高分辨一体化音频电透视仪研究［D］．北京 煤炭科学研究总院， 2012． ［ 4］张虎生．物探方法在地质灾害中的应用［J］．中国地质灾害与防 治学报， 2003， 14 3 124－127， 132． ［ 5］杜庆丰， 管志宁， 何朝明．瞬变电磁数据预处理方法探讨［J］．物 探与化探， 2006， 30 1 71－74．  上接第 176 页 并为同类型软岩边坡矿山， 尤其是大倾角顺倾软岩 边坡的治理积累了宝贵的实践经验。 参考文献 ［ 1］祖国林， 李绍臣， 王启瑞， 等．软岩边坡变形破坏规律及其 对城市设施的影 响［J］． 地质灾害与环境保护， 1999， 10 4 28－31． ［ 2］祖国林， 王建国， 陈敏， 等．承载黄土微结构演化规律研究 ［J］．煤炭科学技术， 1999， 27 11 46－49． ［ 3］纪玉石， 申力， 刘晶辉， 采矿引起的倾倒滑移变形机理及其 变形控制［J］．岩石力学与工程学报， 2005， 24 19 3594－ 3598． ［ 4］朱新平， 赵秀峰， 楚振云， 等．露天矿边坡失稳条件下的控制开 采［J］．露天采矿技术， 2006， 21 5 29－31． ［ 5］王振伟．基于极限平衡与突变理论的边坡综合评价方法［J］．煤 矿安全， 2009， 40 8 103－105． ［ 6］煤科集团沈阳研究院有限公司．扎尼河露天矿 C 标变形区控 制开采方案研究［Ｒ］．沈阳 煤科集团沈阳研究院有限公司， 2014． ［ 7］煤科集团沈阳研究院有限公司．扎尼河露天矿滑坡区治理实施 方案［Ｒ］．沈阳 煤科集团沈阳研究院有限公司， 2015． 881