物探与钻探相结合在恒宝源煤业巷道超前探测中的应用

牛亮红

0 引言

随着时代变革与国内经济的高速发展，工业化水平稳步上升，对能源的需求也逐年增加。矿井开采条件的日益复杂，矿井受水害的威胁更是日益严重，尤其对地质条件特别复杂的资源整合矿井。本文以恒宝源煤业为例，实践验证了一套矿井直流电法与瞬变电磁法探测结合钻探超前探测验证的掘进巷道超前探测技术，探查巷道掘进前方的导含水构造（断层），并对异常区进行治理，为巷道安全掘进提供可靠的地质资料，为减少水害隐患有着不可估量的意义。

1 概况

大同煤矿集团恒宝源煤业有限公司是按照山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室晋煤重组办发【2009】21 号文件兼并重组整合而成的。矿井2011年4月18日开始建设，2014年9月28日完成矿井大验收正式转入生产矿井。批准开采4#—11#煤层，生产规模90 万吨/年。2016年4月划归朔州煤电公司管理。矿井位于朔州市朔城区下团堡乡上磨石沟-白家窑村一带，矿井东南距下团堡乡8 km，距大（同）—运（城）二级公路10 km，距朔州市16 km，行政区隶属朔州市朔城区下团堡乡管辖。

9#层2201 顺槽布置在党家庙保护煤柱南，井工业广场北之间的沟谷荒坡，北部为平鲁党家沟煤矿，西部为露头煤层风氧化带,东部与西沙河煤矿相邻，南部为本矿工业广场。本井田位于宁武煤田平朔矿区西部，总体为褶曲构造形态，位于本井田S1向斜，轴向近南北，向北倾伏，东翼地层倾角为11°-14°，西翼地层倾角为22°-45°。9#煤层属稳定煤层，结构较简单，平均厚度为13.65 m，含1～6层夹矸，夹矸岩性为炭质泥岩，总计夹矸厚度2 m，夹矸岩性多为泥岩、炭质泥岩、粉砂岩，煤层净厚度为11.56 m。该巷位于二采区9#煤层北翼，为9#层二采区8201 工作面皮带进风顺槽，其设计长度879 m，坡度5°～10°，掘进方位270°，南部为9#层5201回风顺槽，东部为二采区巷道和F2逆断层。该巷道。服务年限至9#层8201工作面开采结束为止。

2 物探方法原理及实践

2.1 瞬变电磁法

瞬变电磁法是利用地壳中岩石与矿石的导电性差异为主要物质基础，由不接地回线或接地线源（电极）通以脉冲电流做为场源，在一次脉冲磁场的间歇期间，感应电流由于热损耗而随时间衰减，通过测量断电二次场随时间变化的响应，从而达到了解介质的电性变化情况的目的。

本次矿井瞬变电磁法勘探试验采用加拿大GEONICS公司的PROTEM CMX瞬变电磁仪施工，布置沿9#层2201 巷R14 点前43 m 处布置三个不同方向探测的测线，每条测线13 个物理点，总计探测39 个物理点。现场发射机采用内置12 V 电池，电流1.3 A，发射频率25 Hz 发射框与接收框间距6 m；发射框尺寸1 m×1 m，接收线框为1D 线框。积分时间30 s，数据采集采用30门。数据处理分析结果如图1。

图1 9#层2201巷R14点前43 m处超前探视电阻率探测

图1为9#层2201 巷R14 点前43 m 处超前探视电阻率探测图，分别为0°方向，斜向上15°方向,斜向下15°方向。图中红色虚线所圈范围为低阻异常区。且图中低阻异常区特征较强，低阻异常范围较大。

2.2 直流电法

直流电法超前探测主要是依据单极—偶极电阻率法测量原理，利用单点电源A供电，另一供电电极B置于“无穷远”，点电源A 形成的等电位面为球面，通过观测测量电极M、N 之间的电位差，该电位差为MN 所夹球壳内岩体的综合电性响应。

图2 直流电法超前探测

本次探测采用西安博深公司生产的YTD400(A)直流电法全方位物探仪，由于工作面迎头有大量积水，对探测数据精确度有一定影响。且由于巷道距离不够，只采集15 个物理点。勘探试验施工布置为，沿9#层2201巷R14点前43 m处掘进头布置测线1条，每条测线15 个物理点，每个物理点探测3 次，总计探测45 个物理点。

图3 数据处理分析结果

图3为9#层2201 巷R14 点前43 m 处超前探视电阻率探测图，图中红色虚线所圈范围为低阻异常区。图中低阻异常区低阻异常特征较弱，低阻异常范围较小。该处异常区疑为迎头大量积水引起的低阻异常。

3 探测效果分析

本次探测起点位置在巷道掘进至94 m 位置。瞬变与直流电法探测结果分析，探测目标区低阻异常区域特征较强，结合水文地质资料及现场地质情况分析在迎头前方45 m左右为岩层电性变化较明显异常区，重合异常区可能相对富水性大，可能为较大断层等地质构造引起。需钻探验证，并为后续施工探明条件。

4 施工钻探地点及钻机参数

施工钻探地点在9#层2201 顺槽巷掘进工作面迎头，采用ZYJ-800/190型架柱式液压回转钻机开孔，电机功率22 kW，钻杆使用直径42 mm 钻杆，开孔采用65 mm钻头钻进。钻孔参数见表1。

表1 钻孔参数

图4 钻孔钻探施工布置

5 结果分析

通过分析物探与钻探的相吻合的结果，推断9#层2201顺槽在以270°方位掘进到140 m～170 m处将揭露的落差50 m 左右的F10 正断层,施工单位在过断层时可据实探查结果及时调整掘进作业方案必要的采取措施加强支护，并提前预备水泵等排水防水工作，能够实现对掘进前方隐伏含水导水构造的超前预报，防止在掘进、回采过程中的误判误揭含水导水构造而造成矿井突水、顶板冒落事故。

6 结论

掘进施工到预测位置时，遇到顶板临水加大，揭露的落差50 m 左右的F10 正断层。在施工中采用直流电法和瞬变电磁法，为有掘必探依照“物探提供靶区，钻探验证”的思路，为后续的采掘施工探明地质构造、断层条件，为防治水提供有力保障依据。解决施工掘进的盲目性、未知性，有效提高了巷道超前探测的准确性，保证了安全生产。