杨梅山煤矿防治水坚持瞬变电磁法超前探测

彭奇兵

（涟源市应急管理局 湖南娄底 417100）

湖南省深化煤矿安全专项整治三年行动将查清隐蔽致灾因素及强化重大灾害整治进行治本攻坚。水害防治必须做到查清煤矿水害并制定落实有针对性的治理措施，严格执行“三专两探一撤”措施，实施“四线”（积水线、警戒线、探水线、禁采线）“三区”（禁采区、缓采区、可采区）管理和老空水防治“四步工作法”（查全、探清、放净、验准）。涟源市杨梅山煤矿认真贯彻执行“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水方针，坚持应用瞬变电磁法超前探测，对采掘作业头面采取物探先行、钻探验证的程序，“两探”相互补充和验证，显著提高了矿井水害重大风险的管控能力及水害隐患治理水平。

1 基本情况

1.1 概述

杨梅山煤矿位于湖南省涟源市伏口镇境内，走向长1.8 km，倾向宽1.7 km，面积7.225 4 km2。始建于1994 年，1995 年投产。设计生产能力30 万t/a，核定生产能力30 万t/a。属煤与瓦斯突出矿井，矿井水文地质条件类型复杂，煤层自燃倾向性为不易自燃，煤尘无爆炸性危险性。该矿为二级标准化矿井，证照齐全有效，正常生产。

1.2 地质概况

（1）地质构造。矿区位于渣渡矿区金盘仑井田，整体呈舒缓单斜构造，金盘仑和大成坪两大断层在煤层顶板部位贯穿矿区，对主采煤层无破坏作用。地层走向N15°E，倾角15°～30°，属中等构造类型。

（2）煤层赋存。含煤岩系为下石炭统测水组，含煤3 层。5煤层为主采煤层，浅部3 煤层可采，6 煤层不可采。煤层平均倾角28°，平均煤厚2 m。

（3）矿井水文地质。11 采区水文条件属中等类型，地表水体不发育，大气降水为区内地下水补给主要来源，矿坑主要充水水源为测水组砂岩裂隙水及老窑水。12 采区属水文复杂类型，76 线-78 线之间壶天灰岩直接与煤系地层接触，矿井开采时导水裂缝带进入壶天灰岩，造成壶天灰岩溶洞裂隙水直接溃入井下，见77 线水文地质剖面图（图1）。矿坑主要充水水源为顶板壶天灰岩水及老窑水，矿井正常涌水量20 m3/h，最大涌水量70 m3/h。

图1 77 线水文地质剖面图

1.3 生产系统情况

（1）开拓开采。采用平硐-暗斜井开拓，布置主平硐、副井、风井、皮带井共4 个井筒。分3 个水平（+150 m、±0 m、-300 m），现生产水平为+150 m 水平。布置11、12 两个采区：11采区为生产采区，12 采区为准备采区。现有1131 回采工作面1 个，掘进工作面3 个：+240 北大巷（岩巷）掘进工作面、1133北机巷（煤巷）掘进工作面、1133 风巷（煤巷）掘进工作面。

（2）通风系统。中央并列式通风，风井安装2 台FBCDZNo18/B 2×90 型矿用隔爆抽出式轴流风机，1 台工作1 台备用。矿井总进风量2 984.4 m3/min，总回风量3 087.6 m3/min 。

（3）其余系统。矿井供电、提升运输、排水系统和安全避险等6 大系统装备设施完善，使用正常。

2 瞬变电磁法超前探测地点情况

采用瞬变电磁法进行水害超前探测，目的是查清采掘头面前方及附近积水分布情况。本次探测3 处地点。

（1）+240 m 北大巷（1 号）：由13 号测点前10 m 起探，巷道顶板标高+239 m，平距煤层48 m，该巷道作为12 采区回风大巷。巷道层位为5 煤层底板砂岩层位，有少量滴水现象。探测方向为±0°方向，即探测大巷正前方水平切面上含水体的分布情况。

（2）+298 m 南二石门1133 北机巷右帮区域（2 号）：由1133北机巷A12 测点前30 m 位置自迎头向煤斗口进行巷道右侧帮上方探测。巷道顶板标高+314.8 m，该巷道为1133 北机巷。探测方向为+30°方向，即探测机巷右侧帮30°切面上含水体的分布情况。

（3）+360 m 1133 风巷（3 号）：由Y18 测点前6 m 位置起探，巷道顶板标高+363.2 m。探测方向±0°方向，即探测1133 风巷正前方水平切面上含水体的分布情况。

3 瞬变电磁法探测装备及技术应用

井下数据采集使用大功率瞬变电磁仪（型号TEMHZ-75）。采用重叠回线组合装置，边长1.5 m 的激发和接收正方形线圈，激发线圈匝数4 匝，接收线圈匝数40 匝。供电电流档50 A，供电脉宽10 ms，采样率16 μs。每个测点至少采用30 次叠加方式提高信噪比，确保采集原始数据的可靠性。

测点布置：巷帮探测测点沿巷道轴向排列、作掘进迎头探测，呈扇形布置11 个探测点。

探测方向：对于每个探测点，通过调整线圈的法线与巷道底板的夹角大小，以达到探测巷道顶板、水平顺层和底板方向上不同围岩体脉冲电磁场感应情况。

通过专用软件作图处理及结合地质分析进行资料解释。井下瞬变电磁探测数据处理流程：原始数据整理—数据转换与检查—数据处理与解释—拟二维剖面—Surfer8 成图，处理得到视电阻率等值线图。结合地质资料分析，把物探异常转化为地质异常。

4 瞬变电磁法超前探测资料解释

1 号点的探测情况见+240 m 北大巷掘进头等视电阻率剖面图（水平方向），如图2 所示。该图为+240 m 北大巷掘进头正前方、水平方向等视电阻率剖面图，图中虚线区域为低阻异常区，共获得低阻异常区1 处。1# 低阻异常区位于掘进头0°～45°夹角范围，相对距离约10 m～70 m 处。

图2 +240 m 北大巷掘进头等视电阻率剖面图（水平方向）

2 号点的探测情况见+298 m 南二石门1133 北机巷右侧帮等视电阻率矩形剖面图（+30°方向），如图3 所示。该图为+298 m 南二石门1133 北机巷右侧帮，+30°方向等视电阻率探测矩形剖面图，图中蓝色区域为低阻异常区，共获得低阻异常区1 处。1# 低阻异常区位于侧帮0 m～21 m 走向探测范围，相对距离约45 m～150 m 处。

图3 -298 m 南二石门1133 北机巷右侧帮等视电阻率矩形剖面图（+30°方向）

3 号点的探测情况见+360 m1133 风巷掘进头等视电阻率剖面图（水平方向），如图4 所示。该图为1133 风巷掘进头前方、水平方向等视电阻率探测剖面图，图中蓝色区域为低阻异常区，共获得低阻异常区2 处。1# 低阻异常区位于掘进头0°～80°夹角范围，相对距离约25 m～150 m 处。2# 低阻异常区位于掘进头100°～150°夹角范围，相对距离约50 m～150 m 处。

图4 1133 风巷掘进头等视电阻率剖面图（水平方向）

5 瞬变电磁法超前探测成果

根据资料解释，结合水文地质资料综合分析，水害探测成果如下。

（1）1 号探测地点：+240 m 北大巷水平方向探测到巷道掘进轴线方向0°～45°夹角范围，存在可疑积水体，分析为5 煤层顶板壶天灰岩水，对掘进和回采构成水害威胁，必须予以探放处理。

（2）2 号探测地点：+298 m 南二石门1133 北机巷右侧帮+30°方向探测到其上45 m～150 m 处存在老空积水体，分析其积水标高在+366 m 以上，积水走向范围大于20 m，对1133 北采煤工作面风巷掘进和回采构成水害威胁，必须予以探放处理。

（3）3 号探测地点：1133 风巷水平方向探测到巷道掘进方向距左帮25 m～150 m 及距右帮50 m～150 m 处存在可疑积水体，分析为底板及顶板砂岩裂隙水，对1133 风巷掘进和回采不构成水害威胁。

将超前探测成果填绘至采掘工程平面图上，见图5，可直观展示积水体的分布位置、积水范围及与采掘工程的空间关系。

图5 物探成果示意图

6 防治水措施建议

（1）瞬变电磁法超前探测，查明了对施工巷道的水害威胁情况，科学预报了掘进前方的可疑积水区分布。据此煤矿必须按《煤矿防治水细则》［1］第39 条之规定（严格执行井下探放水“两探”要求。采掘工作面超前探放水应当同时采用钻探、物探两种方法，做到相互验证，查清采掘工作面及周边老空水、含水层富水性以及地质构造等情况），编制好“一头一面”的探放水设计，并进行钻探验证。

（2）严格加强探放水管理［1］。在探放水钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或者钻孔中水压、水量突然增大和顶钻等突水征兆时，立即停止钻进，但不得拔出钻杆；应当立即撤出所有受水威胁区域的人员到安全地点，并向矿井调度室汇报，采取安全措施，派专业技术人员监测水情并分析，妥善处理。建立“一头一面”的探放水管理台账和允掘监管制度，落实区域撤人高位启炮、“三条生命线”设施、安全出口畅通等避灾措施。

（3）煤矿主要负责人必须赋予调度员、安检员、井下带班人员、班组长等相关人员紧急撤人的权力［2］，发现突水（有煤层变湿、挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板来压、片帮、淋水加大、底板鼓起或者裂隙渗水、钻孔喷水、煤壁溃水、水色发浑、有臭味等）征兆、极端天气可能导致淹井等重大险情，立即停止作业并撤出所有受水患威胁地点的人员，在原因未查清、隐患未排除之前，不得进行任何采掘活动。