山西古交矿区瞬变电磁法解释参数研究

郭盛彬

（西山煤电集团公司，山西 太原 030053）

矿井主要充水水源为煤层底板奥陶系碳酸盐岩含水层和煤层顶板太原组灰岩裂隙含水层。奥灰峰峰组水位标高860～880m，8号煤底板标高576.5～859.7m，下组煤全区带压，最大带压3.1MPa，煤层开采受到奥灰承压水威胁。屯兰煤矿相邻的马兰煤矿和武家庄煤矿曾发生过陷落柱和断层导通奥灰水的突水事故。煤层顶板太原组灰岩裂隙含水层在矿井北部靠近汾河区域富水性好，含水层受地表水补给，回采工作面局部富水区最大涌水量达到80m3/h，对生产影响较大。曾经发生过无计划揭露断层导致瓦斯超限，对构造和富水异常区的超前探测十分重要。结合近几年屯兰煤矿瞬变电磁超前物探的采勘对比总结得出的解释参数，以掘进工作面超前物探作为验证，对古交矿区屯兰煤矿地层电性参数进行进一步研究。

1 地质概况

古交矿区屯兰煤矿地处西山煤田西北部，为典型的华北型石炭二叠系煤田。井田整体构造形态为一单斜构造，地层走向NW30～60°，倾向SW，倾角5～10°，主采2、8、9号煤层。井田内陷落柱和断层较发育，至2017年底共揭露落差5m以上断层共79条，陷落柱149个。

2 仪器与施工方法

2.1 仪器

本次探测使用仪器为飞翼股份有限责任公司研制的YCS160型瞬变电磁测深仪，YCS160矿用瞬变电磁仪对低阻充水破碎带反映特别灵敏，体积效应小，纵横向分辨率高，且具有施工方便、快捷、效率高等优点[1-3]，既可以用于煤矿掘进头前方，也可以用于巷道侧帮、煤层顶、底板等探测，为煤矿企业在生产过程中水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段（表1）。

表1 YCS160型瞬变电磁测深仪相关参数

2.2 施工方法

探测方向沿工作面掘进方向进行探测，根据多匝小回线发射电磁场的方向性，可认为线框平面的法线方向即为瞬变电磁探测方向[4]。因此，将发射、接收线框平面分别对准工作面正前方180°范围内进行探测（图1），即以垂直左帮为起点，顺时针旋转180°（共11个发射点）至垂直右帮探测结束。

3 探测结果分析

3.1 超前物探探测结果

（1）图1是12412轨道顺槽G4#点前103～193m瞬变电磁探测视电阻率平面图，显示右手帮70～100m处存在低阻异常区（最低阻值5Ω·m），推测为煤层顶板砂岩裂隙水。掘进前方50～60m处显示有高阻异常（最高阻值280Ω·m），预计揭露构造。

图1 G4#点前103～202m瞬变电磁探测视电阻率图

（2）图2是12412轨道顺槽7#点前141～231m瞬变电磁探测视电阻率平面图，根据探测资料分析向前90m范围内未发现明显低阻异常区。30～40m处显示有高阻异常（最高阻值280Ω·m），预计会揭露地质构造。

（3）图3是22111皮带顺槽4#点前74～164m瞬变电磁探测视电阻率平面图，探测资料显示向前左侧帮横轴40～100m、纵轴0～30m存在低阻异常区（最低视电阻率阻值5Ω·m）。25～35m处有高阻异常（最高阻值265Ω·m），预计会揭露地质构造。

图2 7#点前141～231m瞬变电磁探测视电阻率图

图3 4#点前74～164m瞬变电磁探测视电阻率图

（4）图4是北一下组煤轨道巷G12#点前130～220m瞬变电磁探测视电阻率平面图，探测资料显示方向向前右帮50～75m范围内为低阻异常区（最低阻值为3Ω·m），预计向前50～75m顶板低阻异常为灰岩裂隙水影响造成。

图4 G12#点前130～220m瞬变电磁探测视电阻率图

3.2 超前探异常区验证情况

（1）对12412轨道顺槽G4#点前探测到的低阻异常区进行钻探验证，施工一个探放水钻孔钻进80m至异常区后孔内有水涌出，水量约3m3/h。取水样进行水质化验，化验结果为顶板砂岩裂隙水，待放水结束后巷道正常掘进。施工探构造孔对掘进前方50m处高阻异常区进行探测，打钻后判断为断层。

（2）对12412轨道顺槽7#点前约181m处探测到的高阻异常进行钻探验证，钻孔揭露情况表明有断层存在。

（3）对22111皮带顺槽4#点前约120m处的低阻异常区进行钻探验证，施工一个放水孔进尺50m至异常区后孔内有大量水涌出，水量约10m3/h。取水样进行水质化验，化验结果为顶板砂岩裂隙水，待放水结束后巷道正常掘进。施工探构造孔对掘进前方约30m处高阻异常区进行探测，打钻后判断为断层，

（4）对北一下组煤轨道巷G12#点前160m处的低阻异常区进行钻探验证，施工一个放水孔进尺60m至异常区后孔内有大量水涌出，水量约15m3/h。取水样进行水质化验，化验结果为顶板太原组灰岩裂隙水，待放水结束后巷道正常掘进。

超前物探在屯兰煤矿安全生产保障方面发挥着重要的作用。在防治水方面对前方富水异常区探测结果分析对比，认为在5Ω·m以下的为低阻异常，因此把5Ω·m作为低阻异常的门槛值，在矿井其他工作面的超前探测中证明其划分是可行的。

地质构造对于矿井的安全生产有着十分重要的影响，所以准确探测并预报地质构造是十分关键的。研究认为视电阻率高于200Ω·m可解释为陷落柱，达到260Ω·m可解释为断层（表2）。

4 结论

（1）经过对工作面超前瞬变电磁探测结果的验证以及探采对比分析，认为古交矿区低阻异常区的门槛值为5Ω·m，高阻异常区的门槛值为200Ω·m，高于200Ω·m，可解释为陷落柱，当达到260Ω·m时可解释为断层。此研究成果在研究区其他工作面超前探测应用中取得了较好的效果，提高了超前物探的准确程度。

（2）超前物探中应加强采勘对比工作，确定区域异常区门槛值，提高超前探测解释精度，此方法在该区域实际应用中证明是可行的。

表2 古交矿区地层电性参数值表