综合物探工艺在矿井水害防治中的应用

河南陕县义煤集团 观音堂煤业有限公司 郝东青 孙保红 朱长远

综合物探工艺在矿井水害防治中的应用

河南陕县义煤集团 观音堂煤业有限公司 郝东青 孙保红 朱长远

义煤集团观音堂煤业有限公司位于河南义马矿区西部的陕渑煤田，矿井正常涌水量为130～150 m3/h,最大涌水量260 m3/h，矿井水文地质类型为中等，主采煤层为二叠系山西组二煤，矿井主采区承受奥灰水压2.2～3.5 MPa，矿井开采过程中主要受到底板承压奥灰水和老空水的威胁。对此，观音堂煤业公司综合应用三维地震勘探、直流电法勘探、瞬变电磁等多种物探手段，取得了理想的勘探效果。

一、物探技术工艺探析

1.三维地震勘探。三维地震勘探技术是近几年发展起来的地面勘探工艺。该工艺勘探范围大，对控制区域内断层的走向、落差等项目探测精度较高，能更准确可靠地探测出影响矿井安全生产的地质构造及水文地质问题。观音堂煤业有限公司在25采区应用该方法进行了地质勘探，控制了该区二1煤层断层12条，其中，落差大于100 m的1条，落差大于5 m小于10 m的6条，落差小于5 m的5条，并对采区内的断层走向及落差作了标定，同时给出了奥灰顶界面形态及富水分布图等，为采区内采掘工作面工程布置及提前进行水害防治提供了可靠的地质保障。

2.直流电法勘探。直流电法勘探以煤、岩层的导电性差异为基础，人工向地下供入稳定电流，以观测大地电流的分布规律，从而确定岩、矿体物性（如贫、富水区域）的分布规律或地质构造（如断层、裂隙发育区）的特征。其中单极偶极装置主要用于巷道掘进头超前探测，采用的工作布置方式为A1→A2→A3→M和N→B（#）：A1位于掘进头处，位置固定不动用于向岩层供电；B极位于无穷远处；M、N为测量电极，沿巷道移动探测地电场电压。观音堂煤业有限公司主要应用直流电法单极偶极装置超前探测，以防范巷道掘进头前方断层破碎带水和老空水，取得了良好的成效。在实际工作中，预计19020掘进工作面14 m后进入原19040采空区，为探明老空区是否积水，进行了直流电法单极偶极超前探测，探测结果显示正头前方14～20 m为明显高阻，是不含水采空区的显著特征，后经掘进，正头前方13 m进入采空区，采空区无水。探测结果如图1所示。

在25050上改造切眼掘进工作面，预计正头前方30～40 m有一落差10～20 m的断层，为探明断层的赋、导水性，观音堂煤业有限公司进行了直流电法超前勘探，探测结果显示，前方32～36 m段为明显低阻异常区，即断层具有一定的含、导水性，且与原19090采空区接近，老空水量较大，盲目探放水危险性较大，于是立即停止掘进，留设了防水煤柱，变方向做改造上巷，从而避免了一场水灾事故的发生。探测结果如图2所示。

3.瞬变电磁法勘探。井下瞬变电磁法是利用不接地回线向地下发射不同频率的电磁脉冲进行探测的一种方法。该脉冲的下降沿产生变化的一次场并向周围空间扩散，即一场场；该一次场进入地下导电介质时便产生随时间变化的二次场，低电阻率地质体如导含水陷落柱、导水断层、金属矿体等能引起较强且衰减慢的二次场，而贫水区等高阻体会引起较弱且衰减快的二次场，通过对该二次场的观测和反演解释，便可以获得地下介质的电导率值、电性分层、厚度变化、电性体埋深和产状以及地下电性结构等有关信息。观音堂煤业有限公司25040工作面在回采过程中发生底板出水，为查明出水水源，对工作面上巷进行了瞬变电磁勘探，勘探结果如图3所示。

由图3可知，25040工作面相对低阻异常区主要有三段：其中标尺43～60 m段低阻区与深部沟通，回采时可能发生底板突水；95～105m段和185～197 m段均导高相对较大但范围不大且仅位于浅部、与深部无沟通，回采时存在发生少量底板突水的可能性，但对工作面回采影响较小。经对标尺43～60 m段进行钻探查证，仅在太原组灰岩段有少量出水，工作面已安全回采结束，出水量也减少为7～8 m3/h。

二、结论

由于物探方法存在的多解性及解决问题、适用条件的局限性，依靠单一物探手段往往会出现误判、漏判现象，很难取得理想的地质勘探效果。综合采用科学、合理的物探工艺，多种物探手段相互验证、互为补充，不仅有助于物探方法自身作业的充分发挥，更能快速准确查明矿井水文地质条件，为矿井水害防治工作提供重要依据。