电法勘探在煤与瓦斯突出矿井综采放顶煤工作面生产中的应用

刘卫东

摘要：电法勘探针对安阳永安贺驼煤矿1112综采放顶煤工作面回采前必须进行水文物探，以便准确预测出与回采工作面生产规模相适应的水文地质灾害区域和制定防治措施。首次应用了隔爆兼本质安全型矿用PROTEM EM—47型瞬变电磁物性探测仪进行水文物探，并根据采集的资料分析整理成物探成果，为矿井工作面回采提供了预防水文地质灾害前沿技术保障，取得了良好的经济效果。

关键词：电法勘探；矿用PROTEM EM—47型瞬变电磁仪；隔爆兼本质安全型物探；综采放顶煤工作面水文物探

中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：2095—6487（2018）02—0101—02

0引言

电法勘探是根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学的导电性、导磁性、介电性和电化学特性的差异，通过对电磁场或电化学场的空间分布规律及时间特性的观测和研究勘查地质构造的物探方法。电法勘探方法根据电磁场的时间特性划分为瞬变电磁探测等多种探测方法。

安阳永安贺驼为煤与瓦斯突出矿井，井田范围内地质条件复杂，水文地质条件中等，在掘进和回采过程中会其受到很大程度的影响。为避免或降低工作面回采期间受地质和水文地质条件的影响，确保工作面“一采一备”接续正常，贺驼煤矿首次采用电法勘探隔爆兼本质安全型矿用PROTEM EM一47型瞬变电磁物性探测仪，对1112综采放项煤工作面进行了水文物探。通过采用该仪器物探探测技术，主动预防性的超前解决了工作面地质和水文地质因素对回采过程的影响，确保了矿井原煤安全生产。

1工作面概况

11 12综采放顶煤工作面位于11采区南翼，东邻1114设计工作面（未采掘区域），西邻11102工作面采空区，南邻贺驼煤矿与鹤煤四矿矿界（永贺【2013】139号）防隔水煤柱，北邻11采区回风下山保护煤柱。平均走向长900 m，倾斜长130 m，平均煤厚7.58 m，可采储量120万t。

根据1112综采放项煤工作面邻近的11102工作面回采资料，结合11 12工作面风巷、机巷、切眼及11121底板抽放巷掘进期间显示的地质资料和相关抽放钻孔资料综合分析，1112综采放顶煤工作面南部赋存F18、F121-5两条正断层，北部赋存F1112-1、F18-1两条正断层，其中F18和F121-5正断层落差分别为4～10 m和4 m，对工作面回采有一定程度的影响；F1112-1、F18-1两条正断层分别位于工作面停采线以北，对回采无影响。1112工作面风巷、机巷掘进期间局部范围内顶板有少量淋水现象，仅根据实际揭露水文地质情况和11102工作面已回采区域资料很难全面分析和掌握1112综采放顶煤工作面的水文地质情况。同时1112综采放顶煤工作面内部地质构造复杂，勘探钻孔较多，对地质前期探测和预报的准确度有很高要求，为进一步验证人工分析的地质和水文地质资料的准确性，贺驼煤矿决定采用隔爆兼本质安全型矿用瞬变电磁仪对工作面内部构造进行补充勘探。

2应用方案概述

2.1可行性应用分析

（1）瞬变电磁勘探的主要特点是利用的场源形式多能解决水文地质问题，工作领域宽广，是一种有发展前途的勘探方法。瞬变电磁勘探技术在煤矿井下的应用是近几年才发展起来的一项水害防治新方法，随着理论应用的深入和技术的完善，它必将在煤矿安全生产和提高经济效益方面发挥越来越重要的作用。（2）将新技术理论成果和高新瞬变电磁技术引进矿井防治水及地质灾害治理的整体技术体系中，采用瞬变电磁新理论与高新技术相结合的方法，识别、分析和评价与生产规模相适应的水文地质灾害区域，以便准确制定出与回采工作面生产规模相适应的水文地質灾害区域治理技术方案和措施。（3）应用PROTEM EM—47型瞬变电磁物性探测仪进行水文物探，并根据采集的资料分析整理成物探成果，为矿井工作面回采提供了预防水文地质灾害前沿技术保障。按照1112综采放顶煤工作面开采规模以及工作面布置方式，把新技术理论成果和高新瞬变电磁技术引进矿井防治水及地质灾害治理的整体技术体系，优先选择性的应用于1112综采放顶煤工作面，贺驼煤矿前瞻性的运用新理论、新仪器、新技术来巩固和创新成果，为矿井后续发展在地质和水文地质方面提供了强有力的安全技术保障。（4）资料结合瞬变电磁勘探属全空间范畴，需用全空间软件处理和解释。回采前工作面超前探测装置解释资料时，可以借鉴传统的同点装置和偶极装置解释模型，实践已经证明了此装置的有效性和实用性。

2.2项目应用的主要内容

（1）通过瞬变电磁勘探在1112综采放顶煤工作面防治水方面的应用，能取得相应的水文地质新资料，为1112综采放顶煤工作面回采组织提供科学的依据。（2）通过瞬变电磁勘探能够进一步了解1112综采放顶煤工作面水文地质情况及其发展规律，有针对性地及时做好矿井前期准备、防治和组织安全生产工作。

（3）通过瞬变电磁勘探能为贺驼煤矿延深21采区下部工作面开采在水文地质研究方面积累成功经验，奠定一定的瞬变电磁勘探技术应用基础。

2.3项目采用的技术原理及技术分析

2.3.1工作方法和工作量

本次1112综采放顶煤工作面瞬变电磁勘测路线定为：风巷长度800 m，切眼长度130 m，以停采线为O起点在距停采线以里10 m开始向工作面切眼下安全口方向每间隔10 m探测一次，探测方向（线圈法线方向）为倾角45°；机巷全长1000 m，以切眼煤墙侧为0起点在距煤壁以外10 m开始向机巷停采线方向每间隔10 m探测一次，探测方向（线圈法线方向）为倾角45°，本次勘探有效测点共计170个。

2.3.2勘探方法

①瞬变电磁法勘探是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下介质产生的二次涡流场的空间和时间分布，从而探测介质电阻率的时间域电磁法。②资料处理及解释采用最新开发成功的全空间瞬变电磁数据处理软件TEMINT来完成。

2.3.3采集的资料技术分析

①工作面风巷、切眼、机巷每条巷道探测的原始数据均由接收机传入计算机系统，首先进行数据整理，然后在TEMINT软件中按顺序通过多种效正和建立模型，再经过正、反演计算，进行二维剖面成像，进行时深转换，得到每一点的视电阻率数据，最后用成图软件做成视电阻率剖面图见图1，图2和图3。

②资料解释主要是根据瞬变电磁勘探视电阻率剖面图，观测地层相对高、低阻分布情况，结合水文地质资料和巷道探测环境，判断探测范围内岩层赋水含水性和分布情况等。

根据实际地质资料和巷道探测环境，贺驼煤矿1112综采放顶煤工作面视电阻率剖面图中数值低于3的为相对赋水区。

3物探结论与建议

（1）本次瞬变电磁探测范围内，工作面整体赋水性较弱，在工作面机巷探出B级（赋水性较弱，小于3且大于2）赋水异常区1个，在平面图上显示分布范围。（2）1112综采放顶煤工作面瞬变电磁探测范围内不赋存岩溶陷落柱。（3）1112综采放顶煤工作面赋存的F18断层不具有含水性。（4）1112综采放顶煤工作面对探测出的赋水异常区及勘测钻孔位置异常区应进行打钻验证，确保工作面安全生产。

综上所述，结合原有已掌握的相关资料综合分析，判断该工作面直接充水含水层为基本顶砂岩孔隙裂隙含水层及二1煤底板砂岩孔隙裂隙含水层，富水性弱，补给量小。底板直接充水含水层为太原组上段灰岩含水层，该含水层单位涌水量为0.00148～0.03281 L/s·m，富水性较弱，补给条件差，与二1煤层之间隔水层平均厚度为40 m，一般不会向工作面充水。预计工作面回采期间正常涌水量為10 m³/h，最大涌水量为20 m。/h。

4实际应用效果

（1）1112综采放顶煤工作面瞬变电磁勘探技术用于解决矿井水文地质灾害危险预测评价是该项应用的总体思路。其关键技术有两种：勘探巷道掘进、回采工作面前方地质构造及周围富水位置及形态，并精准研究解释超前探测本身的解释模型。（2）取得的经济及安全效益。煤炭生产矿井应用该项勘探技术经济效益可观，可节约大量矿井水灾灾害治理费用，极大幅度提高了水灾危险区域预测准确性，减少水灾灾害治理防御面积。水灾灾害的危害是巨大的，它不仅仅影响经济效益，而且还危及矿井作业人员的生命安全。1112综采放顶煤工作面目前回采推进330 m，通过跟踪管理验证回采揭露的地质和水文地质情况与采用PROTEM EM—47型瞬变电磁物性探测仪进行水文物探综合评价预报相吻合，可见应用瞬变电磁探测可以提高矿井生产的本质安全性，保障矿井安全生产，具有良好的社会效益。可在煤炭企业范围内得到推广应用，经济效益可观。