基于综合物探技术的地质构造带探测分析

程凤飞

（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司寺河煤矿，山西 晋城 048200）

1 工作面概况

寺河矿W3308综采工作面地面位置位于新南坡村、南岭后村以西，三水沟以东北，大南坡村以东，马庄前村以西南；井下位置西南为W3301工作面（已采），西部为w3309工作面（正掘），东为西二盘区巷道及采面（正掘），南部为西三盘区集中回风巷。工作面平均长度1038.5m，平均宽度256.0m，回采煤层为3#煤层，煤层平均厚度为6m。

工作面处于奥灰承压水区域，奥灰水位标高在+515m左右，3#煤层底板标高为+420～+454m，奥灰水位高出3#煤层底板61～95m，水压为0.61～0.95MPa， 突 水 系 数 0.0061～0.0095MPa/m，突水系数T＜0.06MPa/m。3#煤层底板距奥灰岩顶面厚度在100m左右，且之间的岩性主要为泥岩，具有良好的隔水性，在无构造沟通情况下，一般不会有底板突水危险，其突水主要危险表现在导水断层发育地带，其次为顶板砂岩裂隙水及生产用水。工作面正常掘进过程中涌水来源主要为3#煤层上覆砂岩裂隙水，此含水层主要以静水量为主，该裂隙水将随着顶板垮落而渗入工作面，涌水量预计为5～15m³/h。

2 巷瞬变电磁法探测分析

2.1 探测方案

W3308综采工作面采用巷瞬变电磁法对地质构造带进行探测分析。每条巷道内布置4条测线，测线角度分别为顶板45°、顺层、底板45°方向测线，其工作面探测示意图如图1所示。33081巷测线长度为1120m，33083巷测线长度为1120m，测点间隔20m，两条巷道共计探测长度2240m，工作面探测方向及探测任务如表1所示。

2.2 探测结果分析

通过探测岩层电性特征视电阻率在0～200Ω之间，结合W3308工作面顺槽掘进过程中物探超前探测实际揭露的地质情况和现场干扰情况，推断W3308工作面内视电阻率高于200Ω的区域可能由构造或现场干扰引起，故作为高阻异常体圈出。

井下采集的数据经过反演计算处理后，主要形成各探测方向二维电阻率剖面图，通过该图分析W3308工作面煤层顶板岩层富水区分布情况。

图1 工作面探测示意图

表1 W3308工作面探测方向及探测任务

2.2.1 33083巷探测结果分析

图2为W3308工作面33083巷各测线矿井瞬变电磁法探测视电阻率等值线拟断面图，图中横坐标0点位置对应W3308工作面切眼位置，纵坐标轴为沿探测方向的距离（50表示顺槽向工作面探测方向以里50m位置，以此类推），横坐标轴对应巷道测线长度。图中0～100表示不同的视电阻率值，即从0～100表示电阻率不断升高。

从瞬变电磁探测结果看，33083巷顺层和顶板方向发现明显有效高阻异常，图中切眼附近高阻区域为电力干扰引起。在顺层、顶板和底板均发现高阻异常区，命名为高阻异常1、高阻异常2和高阻异常3。高阻异常1位于距离切眼650～720m处，高阻异常2位于距离切眼800～960m处，低阻异常3位于距离切眼1000～1050m处。结合施工现场和地质资料分析结果为高阻异常均推断为地质异常体或断层影响。

图2 33083巷瞬变电磁法探测视电阻率等值线拟断面图

2.2.2 33081巷探测结果分析

图3为W3308工作面33081巷各测线矿井瞬变电磁法探测视电阻率等值线拟断面图。

图3 33081巷瞬变电磁法探测视电阻率等值线拟断面图

从瞬变电磁探测结果看，33081巷顺层和顶板方向发现明显有效高阻异常区域。在顺层、顶板和底板均发现高阻异常区，命名为高阻阻异常A和高阻阻异常B。高阻异常A位于距离切眼520～570m处，高阻异常B位于距离切眼860～910m处。结合施工现场和地质资料分析结果为高阻异常均推断为地质异常体或断层影响，520～570m处裂隙可能引起淋水。

3 槽波勘探探测分析

3.1 探测方案

W3308综采工作面采用槽波勘探对地质构造带进行探测分析。槽波探测实际射线分布图如图4所示，共设计56个检波孔，布置在33081巷和33083巷，间距20m，56个炮孔布置在33081巷和33083巷，炮间距分别为20m。由于33083巷靠近切眼侧280m范围内安设有设备列车等机电设施，不具备安全放炮的条件，故实际探测施工42个有效炮孔，造成如图4所示的大范围的射线空白区即探测盲区，该区间范围内不做有效分析。受射线密度限制，导致靠近探测边界两侧存在射线稀疏区，故该区间范围内所示异常可靠程度较低。

图4 W3308工作面槽波探测实际射线分布图

3.2 探测结果分析

根据槽波特征，在进行槽波能量衰减系数CT成像过程中，圈定异常区6处，如图5工作面槽波探测综合成果图所示，其中，3处推断为断层影响或煤体破碎区，2处推断为煤体破碎区，1处推断为赋存有断层或陷落柱。

图5 W3308槽波探测综合成果图

寺河矿W3308工作面采用槽波透射法进行探测，测线长度为1100m。经过对槽波数据的分析和处理，再综合实际地质资料，本次槽波探测共圈定6处异常区域。

（1）圈定的异常2，推断为巷道揭露的多条断层，向工作面内延伸影响所致。

（2）圈定的异常3，推断为赋存有断层或陷落柱，同时，有一定可能为受采面内煤体破碎影响所致，应当打钻验证。

（3）圈定的异常4和异常6，推断为巷道揭露的FW3308-4走向型断层，在工作面内发育影响所致，特别是异常5所圈定范围内，不能排除存在小型构造的可能。

（4）圈定的异常5，推断为煤体破碎区，但不能排除在该异常范围内存在小型构造的可能。

（5）受实际施工布置限制，造成探测范围内存在射线稀疏区，射线稀疏区所示范围内所反映的探测成果，可靠程度较低。

4 效果验证

W3308综采工作面巷瞬变电磁法探测在顺层、顶板和底板发现高阻异常区5处，槽波勘探探测存在异常区6处。工作面超前物探施工中，发现异常区和实际水文地质情况吻合基本能达到60%以上，没有漏报情况，取得了一定的成果。

根据探测到的异常区域，施工至异常区域时应当放缓施工速率，分析异常产生的原因，对构造复杂区域制订详细的作业规程。巷道掘进后及时进行超前支护，稳定后注浆加固提高巷道的承载能力和稳定性，保证W3308综采工作面安全高效生产。

5 结论

（1）W3008工作面采用瞬变电磁法和槽波勘探对工作面地质构造带进行探测。根据二维电阻率剖面图可知，在顺层、顶板和底板发现高阻异常区5处，分别位于距离切眼650～720m、800～960m、1000～1050m、520～570m、860～910m 处；根据槽波能量衰减系数CT成像图可知异常区6处，其中，3处推断为断层影响或煤体破碎区，2处推断为煤体破碎区，1处推断为赋存有断层或陷落柱。

（2）工作面超前物探施工中，发现异常区和实际水文地质情况吻合基本能达到60%以上，没有漏报情况，取得了一定的成果。但是矿井中的电磁干扰因素较多，井下的输电线、综掘机和其他各种金属管道对井下瞬变电磁场的干扰严重，有时会使探测资料无法利用。槽波勘探也受井下恶劣环境、多种干扰信号、布置探测的空间与通道有限、潮湿以及煤尘等因素的影响，降低了超前探测的准确性。