综合物探技术在井下掘进头超前地质预报中的应用

2016-10-20中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

地球 2016年10期

（中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039）

矿井掘进过程中常常面临不同地质隐患，不同的物探方法能解决不同的地质问题。赵固二矿11091工作面在掘进过程中需面临断层、富水区等多种地质隐患，因此为提高超前地质预报的精度，本文将地震波法、直流电法和瞬变电磁法综合运用，将成果联合参照解释。探测结果表明，综合物探技术能有效提高探测精度。

综合物探超前地质预报地震波法直流电法瞬变电磁

1 引言

赵固二矿11091工作面西邻I盘区上段辅助运输大巷，北侧及东测为F30断层，南邻F30-1断层，为I盘区上段首采面。11091工作面煤层为二1煤层，二1煤层平均厚6.5m，厚度变化小，结构比较简单，煤质变化很小，煤类单一，层位稳定。煤层顶板为砂质泥岩，岩石属中等～较坚硬岩类，完整性、稳定性较好。二1煤层底板以泥岩、砂质泥岩为主，到L9灰岩顶面之间的岩层组合厚度较薄，平均厚度11.67m，底板岩层完整性较好。

预计11091工作面下顺槽掘进至通尺154m时，将会揭露DF33断层。受焦作煤业（集团）新乡能源有限公司委托，中煤科工集团重庆研究院有限公司对赵固二矿11091工作面下顺槽通尺80m处掘进头实施了超前探测工作。探测目的是查明掘进头前方100m范围内的地质构造及岩层赋水情况。

2 方法原理

地震波超前探测技术属于反射地震波勘探范畴，利用小药量在指定的震源点（通常在巷道的左帮或右帮，一般24个炮点布成一条直线）激发产生地震波，地震波在岩石中传播遇到物性界面(即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性界面等)时一部分信号反射回来、一部分信号折射进入前方介质，反射回来的地震信号被高灵敏度的地震检波器接收供分析解释。反射波的传播时间、强弱、相位等信息与反射界面的位置、性质密切相关，通过分析反射波的各种特征即可判断掘进头前方的断层、破碎带和岩性界面等的分布状况。

在导电率为σ、导磁率为μ的均匀各向同性大地表面，敷设面积为S的矩形发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流，电流突然断开后，由该电流产生的磁场也立即消失。由于电磁感应，将在大地中激发出感应电磁场，该电磁场随时间衰减，称为瞬变电磁场。

瞬变电磁场衰减的快慢与地下介质的电性有关。通过观测瞬变电磁场的大小就可以了解地下介质的电阻率分布情况，进而判断地层岩性、赋水性和构造等特征。

直流电三点源三极超前探测方法是目前煤矿井下最常用的一种超前探测方法，它具有简单方便、施工安全、测距较大、适应性强、对水敏感等优点。其电极布置为：一个电极在无穷远，另3个供电电极Ai（i=1、2、3）分别供电。以Ai点为中心形成电场，向四周均匀放射电流。距Ai等距离点组成一个球形等势面，等势面的变化代表整个球壳中电性异常的综合反映，这就是直流电超前探测的基本理论。

3 资料解释

从地震波超前探测成果图（图1）可以看出，在掘进头前方60--66m段存在一个地质异常区，推断为岩层相对破碎区或断裂破碎带（断层）。在掘进头前方103--109m段存在一个地质异常区，推断为岩层相对破碎、节理裂隙相对发育区，不排除是小断裂破碎带。

图1 地震波超前探测成果图

图2 瞬变电磁法勘探成果图

图2为瞬变电磁勘测成果图，横向切片显示，掘进头正前方均为相对高阻区，岩层赋水性较弱。纵向切片显示，掘进头正前方均为相对高阻区，岩层赋水性较弱。掘进头正前方30--45m的底板下方10—30m区域（粗红色线所圈区域）为相对低阻异常区，推测该区域岩层相对破碎或者富水。其它相对高阻区域岩层赋水性较弱。

图3为直流电法勘探结果。可以看出，探测范围内，相对低阻异常区位于掘进头正前方43.3m--44.7m段和71.6m--76.5m段。43.3m--44.7m段范围很小，可能系岩层相对破碎、裂隙发育引起。71.6m--76.5m段低阻区范围较小、视电阻率相对稍低，可能系岩层相对破碎、裂隙发育或少量富水引起。其它相对高阻区域岩层赋水性较弱。