平煤二矿瞬变电磁法超前探测水害技术应用

雷志鹏

摘 要：二矿庚三采区灰岩水防治一直是全矿防治水工作的重点，由于灰岩水具有水压高、水量大、连通性强、突水通道难发现等特点，为了保证掘进工作面施工安全，引入了瞬变电磁探测技术方法，经过多次跟踪探测，通过探掘对比，为掘进巷道前方底板灰岩水的防治找到了新的途径。

关键词：瞬变电磁法；超前；灰岩承压水

1 概述

平煤股份二矿庚20-23130风巷掘进工作面位置在二水平庚三采区东翼中部，西部与庚三皮带下山相连，东部到井田边界，巷道施工层位沿庚20煤层，标高-301m至-345m，设计长度1650m。梯形断面，巷道净宽4.6m，净高2.6m，锚网梁支护。该风巷开口处在庚三采区强径流带中，若巷道掘进过程中遇到构造破坏底板隔水层的完整性，则极易与底板灰岩含水层导通形成突水事故，为保证庚20-23130风巷施工安全，使用YCS40（A）矿用本安瞬变电磁仪对掘进工作面实行循环超前探测。

2 水文地质概况

庚20煤层平均厚度1.8m，倾向19°，倾角5°～12°。直接顶为L6石灰岩（厚4.9m），底板岩层依次为泥岩（厚1.8m），砂质泥岩（厚2.4m）、中粒砂岩（厚3.6m）、L7石灰岩（厚5.2m），底界以铝土质泥岩与下伏地层呈平行不整合接触。该风巷掘进工作面断层优势走向为北东向，次为北西向，断层倾角一般在70o左右，且裂隙较为发育，L7灰岩为直接充水含水层，下伏的寒武系灰岩为间接充水含水层，距庚20煤层18～27m，均为灰岩岩溶裂隙承压水含水层，巷道施工前水位标高-278m。构造带影响区域及矿压破坏区域庚20煤层的底板与灰岩含水层之间易形成导水裂隙带，巷道施工至此区域时极可能出现突水事故。附近在庚组煤层中施工的巷道曾发生过煤层底板突水事故，最大突水量达3000m3/h。

3 掘进工作面超前探测方法

由于掘进工作面迎掌空间相对狭小，因此，我们采用了1.5×1.5m的重叠回线装置。如图1所示，发射线圈（Tx）和接受线圈（Rx）重叠在一起，探测时尽量将线圈贴近掌子面，线圈法线方向为探测方向。

对掘进工作面迎掌探测时，测点在巷道迎掌的空间位置如图2，首先使线圈的法线与巷道左侧面分别成60°，45°和30°的夹角进行探测（图2中1，2和3号测点）；当线圈的法线方向与掌子面垂直时，在迎掌布置3-4个测点（图2中的4，5，6和7号测点）；到巷道迎掌右侧时在旋转线圈，使法线方向与巷道右侧分别成30°，45°和60°的夹角进行探测（图2中的8，9和10号测点）即在多个角度采集数据，获得前方岩体和煤体中比较完整的视电阻率信息。

在实际施工过程中，结合本矿水文地质条件分析，影响庚20-23130风巷安全掘进的水文地质因素主要为底板灰岩承压水，因此为了安全高效指导生产，每个测点探测方向分别为顺层方向和底板下俯角45°方向，如图3所示。

该矿在巷道开口之前首先施工超前探水孔，然后開始循环超前探测数据采集；在数据解析方面，掘进工作面迎掌前方探测的有效距离为60m，则我们留设20m超前距，巷道每向前掘进40m时进行下一轮探测。

4 庚20-23130风巷超前探测应用实例

从2011年1月至5月份，该矿利用上述方法在庚20-23130风巷共探测19次，效果明显。如2011年3月15日和2011年4月8日两次探测实例。

实例一，如图4和图5中显示，在巷道前方55至80m处有一个狭长的低阻异常区域，在视电阻率值为10Ω·m的等值线内又显示出一个更低的视电阻率值即5Ω·m等值线，该异常区解释为断层作用后形成的导水裂隙带，而视电阻率值为5Ω·m的区域解释为导水裂隙连通后形成过水通道。经实际揭露验证后，显示此区域为以两条落差为1.2m和1.8m的正断层为主、三条落差为0.6m的逆断层为辅形成的断层带，在揭露时靠近异常区的右帮底板多点出现了渗涌水现象，水量约60m3/h，在探测后提前加强了巷道排水能力，保证了巷道的施工安全。

4.1 探测角度和点距

井下瞬变电磁探测时，根据超前探测设计，严格控制摆放角度，使线圈对准超前探测区域，尽可能避免旁侧影响。根据迎掌实际宽度布置探测点距，保证探测点均匀分布。

如果迎掌巷道内顶板淋水量较大，则必须探测迎掌前方顶板区域，查清前方顶板富水性。

4.2 确保探测精度的方法

瞬变电磁法技术探测精度虽高但容易受到外界因素扰动。由于巷道中往往存在大量的金属设备和管线，金属对电法类探测仪器的探测精度影响较大。

在物探过程时，掌子头后20m巷道内除巷道现有支护材料外其他金属均应清理干净，设备断电。确保物探仪器探测时尽量远离金属体。针对大型设备和材料无法挪动的，尽可能避免探测线圈正对金属体。总之，施工地点要尽可能提前布置有利的物探工作环境，确保探测精度。

5 结语

实践证明，利用瞬变电磁探测技术在煤矿井下掘进工作面进行物探超前探水，特别是遇到复杂的地质赋存条件，前探钻孔施工困难，且工程量大，将使巷道掘进速度严重滞后，矿井生产接替时候到严重影响等问题和困难时，物探技术的效果明显，与其他技术相比，有以下特点。

①有效探测深度远，可控制80m。

②探测方向灵活，通过接收前方不同方位岩层和煤体的视电阻率数据，经实测可更好地探查前方物探异常区位置。

③对富水异常区具有较高的灵敏度。

④此物探仪器操作简单且所需人员较少，探测时间短效率高，为矿井高产高效提供了安全技术保证，具有较好的应用前景。