水文地质物探在煤矿探放水工作中的应用

李卫平

（灵石县煤炭工业局，山西 灵石 031300）

山西灵石县域水文地质复杂，有汾河等大小河流3 000多条，大多为季节性河流，直接流入汾河的静升河、仁义河、交口河、段纯河支流。地下水碳酸盐岩岩溶水，变质岩、碎屑岩基岩裂隙水，松散岩类孔隙水。含水层主要有中奥陶统石灰岩岩溶裂隙含水层组、上石炭统太原组灰岩岩溶裂隙含水层组、二叠系下统山西组、上下石盒子组砂岩裂隙含水层组、松散岩类孔隙含水层组。经过兼并重组，加上原来私挖乱采，缺乏水文地质资料，因此提出“物探先行、钻探跟进、探掘分离、不探不掘”的防治水工作思路。通过瞬变电磁、多功能电法仪等探测，指导安全掘进。目前，国内用于巷道顶底板构造和水文地质探查的矿井电法技术发展较快，专用设备进展；其中YD32(A)高分辨电法仪在煤矿水患治理中发挥了积极作用。2011年开始，由各集团公司成立物探队伍，引进物探设备（如YD32(A)高分辨电法仪和瞬变电磁TerraTem，高密度电法仪、瑞丽波等），对井下所有掘进巷道进行全程全方位的超前探测。

1 地面物探在防治水工作中的应用

采用瞬变电磁仪等对煤矿全区进行地面物探，查清采（古）空区积水、积气等分布情况，进行前期分析，能对预防水害起到积极作用。

夏门煤业有限公司采用瞬变电磁仪进行了物探勘查：①探测确定采空区范围、积水范围、估算积水量；②了解区内断裂构造的发育展布情况；③探测内含阻导水性和山西组砂岩含水层、太原组石灰岩含水层厚度及其分布变化情况。

图1 瞬变电磁反演拟断面等值线图

从图1知，在15-41点，深度+850m以上的视电阻率值相对较高，分析为采空后局部地层塌陷所引起的电性反映；深度+850m左右处电性反映低阻，分析为太原组砂岩含水层的电性反映（图中蓝色部分）。其余地段的视电阻率值介于二者之间，不存在积水区，分析为含煤地层段岩层的电性反映。其余部视电阻率较高，分析为奥陶系灰岩反映。

经矿方与井下实际采空区情况对照，误差能控制到50 m以下。实际掘进中采用YD32(A)高分辨电法仪予以巷道物探，经物探、钻探结合成功排放了采空区8万m3积水，对防治水可有很好指导意义。

2 井下物探在防治水工作中的应用

使用YD32(A)高分辨电法仪、TEM瞬变电磁仪，可对井下探水起到很大作用，成功探出多个矿井掘进面的积水等。

2.1 鑫鼎泰煤业有限公司超前探水测试

该公司于2008年4月5日，对主斜井前下方用钻机进行了钻探。在原工作面迎头前方掘进9 m后，在工作面安设探放水钻机、并分别布置直径60 mm的4个钻孔：1号孔:钻探角度-22°，钻探21 m出水、涌水量20 m3/h；27 m出水、涌水量30 m3/h；30.5 m出水、涌水量 40~50 m3/h。2 号孔:钻探角度-32°，钻探19 m出水、涌水量30 m3/h；20 m出水、涌水量40~50 m3/h。3 号孔:钻探角度-29°，钻探 20 m 出水、1 m3/h。4号孔:钻探角度-28°,钻探 30 m 出水、5 m3/h。

根据实际钻探结果与利用YD32(A)电法仪探测成果（见图2）对比分析：实际钻探结果（见图3）19~21 m处出水、27~30.5 m处出水段与综合图所显示的位置相比基本吻合。

图2 仪器测试成果图

图3 钻探实际成果图

2.2 梗阳煤业胶带巷工作面TEM物探测试

本次探测使用YCS256型矿井瞬变电磁仪及其配套MTEM2.0处理系统。根据多匝小回线发射电磁场的方向性，将发射、接收线框平面对准煤层顶板和底板进行探测，施工设计点数33个，每个测点线框的法线方向为：顶板 30°、水平顺层 0°、底板 30°方向，总计1 320个物理测点，具体布置示意图，见图4。

图4 TEM观测系统布置示意图

成果分析：瞬变电磁由于受发射电流关断时间的影响，一般存在10~20 m的浅部探测盲区，因此本次物探范围15~100 m。胶带巷掘进迎头顶板30°方向探测范围内有明显低阻异常；推测为断层导水引起异常，可能含水或潮湿（回风巷前方已揭露断层）。胶带巷掘进迎头顺层方向探测范围内有明显低阻异常；推测为断层导水引起异常，可能含水或潮湿（回风巷前方已揭露断层）。胶带巷掘进迎头底板30°方向探测范围内无明显低阻异常；推测大面积富水的可能性较小。综合推断在正前方60~90 m之间推测为断层导水，含水可能性高。所以，探测范围内的顶板、顺层有明显低阻异常，煤矿生产中进行了严格的钻探工作；在上述异常区域因断层导水，涌水量达10 m3/h，共排水约3 000 m3，对煤矿的安全生产起到积极作用。

3 水文地质物探在煤矿防治水工作的应用分析和总结

通过上述两种物探相结合，对矿区水文地质情况能得基本判断和预测预报，给煤矿提供防治水的科学依据。

1）以地面水文地质补充勘探（瞬变电磁TerraTem）为基础，结合使用YD32(A)高分辨电法仪等方式能为井下水文地质的探测提供科学的对照探测依据，能有效指挥煤矿安全生产，值得推广使用。

2）井下物探能有效识别巷道顶、底板隔水层厚度、断裂破碎带、含水和导水构造等地质构造、含水和导水破碎带，甚至潜在的突水点等情况，尤其对老窑采空区和采空水较敏感、判断较准确。

3）总体来说，利用地面水文地质补充勘探的结果，对矿区范围内的老空积水、构造水进行前期的区域划分，实际采掘中使用高分辨电法仪、瞬变电磁仪等进行井下物探，并用钻探水机具进行钻探验证；这种“物探先行、钻探跟进、探掘分离、不探不掘”的防治水方式的采用，能及时杜绝煤矿透水事故。

[1]煤矿安全规程[S].北京:煤炭工业出版社，2010.

[2]煤矿防治水规定[S].北京:煤炭工业出版社，2009.

[3]山西煤销集团夏门煤业有限公司物探成果报告[R].河北环宇矿业技术开发有限公司，2011.

[4]武强，董书宁，张志龙.矿井水害防治[M].徐州:中国矿业大学出版社，2010.

[5]王宏斌，刘伯.矿井水害防治技术[M].北京：煤炭工业出版社，2007.