赵 敏,甘志超
(1.中国煤炭科工集团科技发展部北京100013;2.天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013)
煤矿在生产过程中,由于地质条件复杂,突水事故时有发生。为了保证煤矿生产的安全,需要进行堵水和排水工程,首先就要查明突水巷道或是充水巷道的分布,一般选择利用物探方法进行探测。李学军利用浅层反射波法探测了充水巷道,查明了50m左右的充水巷道[1]。岳建华与李志聃研究了矿井直流电法在煤层底板突水探测中的应用,取得了较好的效果[2];王文祥等利用SYT法进行充水巷道探测的应用研究[3];李玉宝等利用中间梯度法探测了埋深200m的充水巷道[4];丁云河等利用充电法探测涌水巷道[5];马瑞花利用瞬变电磁法勘探煤矿突水巷道,认为曲线形态为高电位单峰异常反映充水巷道[6]。
根据实际地质任务,利用小线框瞬变电磁法对充水巷道进行了探测分析,取得了较好的结果。
唐山某矿九水平涌水量自2008年5月开始,由2.3m3/min逐步增至9.44m3/min。经分析该涌水为唐山某矿井田范围内的某小矿关井停产不排水所致。九水平涌水量异常增大已经威胁矿井安全,治理方案是将小煤矿向唐山某矿的泄水巷道封堵。首先对小煤矿的新井区部位的-240m水平巷道进行封闭。目的是阻断小煤矿的新井区部位通过-240m水平巷道向唐山某矿九水平泄水的可能。
前期施工了部分注浆孔,但观测唐山某矿九水平的涌水量并未减少,说明小煤矿提供的采矿资料不准确。因此在钻探的基础上,选择利用物探探测充水巷道的分布。
根据采矿资料,需要探测的巷道断面尺寸为3m×2m左右,根据钻孔水位,巷道内已经充满水。因此本次物探工作的地球物理模型是在高阻中寻找低阻。选择的物探方法为对低阻地质体敏感的瞬变电磁法。
由于场地内地面存在钻机和道路等干扰源,因此选择EMRS-3型瞬变电磁法仪,其最大供电电流为2000A,采用3m×3m的小线框进行工作。
由于充水巷道的尺寸小,因此布置测线线距5m,点距2m,以保证横向的分辨率。对充水巷道注浆封堵前,进行第1次探测,查明含水巷道的分布以指导注浆。为分析注浆封堵效果,当完成注浆治理后,在相同的坐标位置进行第2次探测。
治理前的物探成果见图1,分析认为:在0线至65线的中间的异常带较宽,推断为2条巷道反映,但由于2条巷道的距离可能比较近,加上充水影响,所以从电性上不能严格区分开,几乎连在一起,都表现为低电阻率反映。并且由于在进行第1次物探工作时,在测线的中部位置附近有铁皮墙和钻杆等干扰源,分析该宽异常带是受地面干扰源和井下充水巷道的共同影响。
结合北部异常特征分析,该部位的巷道亦有可能是1条,因为在北部的巷道发育呈现以下特点:一是视电阻率条带状分布特征明显,但宽度变窄;二是虽然从视电阻率等值线的展布特征分析是2条,但东部的1条与西部发育的低电阻率异常带相比,条带状特征要差一些,所以推断为采空区异常带更为准确。由此综合推断,新巷1号钻孔并不位于导水巷道的中心部位,有可能只是阻挡了东部采空区积水向唐山某矿的导水通道,并没有从根本上消除主导水通道的影响,北部95线至135线部位西部的低电阻率异常条带才是主巷道的发育位置。
图1 治理前物探成果
在进行物探前对探测区内的大的金属物品进行了清理,但仍有钻塔、铁皮墙和钻杆等金属物存在,对第1次物探工作还是有一定的影响。
从第1次物探工作分析,75线和95线相交的中部低电阻率异常部位为其导水巷道的中心部位,建议先在该部位施工一探测孔加以验证,再依据验证结果调整下一步注浆封堵方案。
治理后的物探成果见图2,对比治理前的物探成果分析认为:在0线至65线的中间偏东的异常带较宽,但与治理前的物探结果比较,可以明显地看出,该异常带比治理前要窄一些,并且中心位置也向东偏移了10m,推断该异常带为充水巷道。由于治理后在进行物探测量时,铁皮墙和钻杆等金属物体已经移走,地面已经基本不存在干扰源,因此分析认为治理后的异常带能更准确地显示充水巷道的分布。对比治理前后0线至65线中间部位的低阻异常,可以发现低阻异常其连续性都比较好,视电阻率值也相对比较低,说明治理前后,该范围内巷道的充水情况差异不大,经过处理后该部位的水被封堵在巷道里面。
图2 治理后物探成果
对比分析治理前后北部异常特征,可以看出:在95线至135线西部的低阻异常带在治理前连续性较好,条带状特征明显,说明该异常带充水性好,推测为充满水的巷道,在治理后该低阻异常带仍然存在,但是其连续性明显降低,条带状特征变差,说明经过治理后,该导水巷道得到了一定封堵,导水性变差。
(1)对于充水巷道的探测,选择对低阻体敏感的瞬变电磁法,其探测深度大,体积效应小。特别是在地面有干扰源的地方,应选择小线框,旁侧效应较小,能取得更好的结果。
(2)由于充水巷道的尺寸都比较小,因此在进行小线框的瞬变电磁法探测时,应加密线距和点距,特别是点距加密到2m,增加了横向分辨率,对较好地识别充水巷道起到重要作用。
[1]李学军.浅层反射波法探测充水巷道初探[J].工程勘察,1994(6).
[2]岳建华,李志聃.矿井直流电法及在煤层底板突水探测中的应用[J].中国矿业大学学报,1997(3).
[3]王文祥,汤寒松,唐方头.充水巷道的探测与传统电磁波定义的质疑 [J].煤炭学报,1998(2).
[4]李玉宝,王邦成,等.突水巷道的探测与效果 [J].煤炭科学技术,1999(7).
[5]丁云河,晁代超,王改成.充电法在确定煤矿区涌水巷道位置中的应用 [J].河北煤炭,2002(4).
[6]马瑞花,龚惠民.TEM法在寻找煤矿突水巷道中的应用[J].中国煤田地质,2003(6).