矿井物探技术在探测回釆工作面导水陷落柱的应用

牛淑敏

【摘 要】在煤矿进行回采作业的时候，很容易遭遇到导水陷落柱，为了保障煤矿工作人员的生命财产安全，在进行回采作业的时候需借助物探技术对矿井下的作用情况进行勘探。物探技术的使用可以准确地判断出陷落柱的含水状况、基本形态以及有限的判定出富水的区域范围，只有掌握清楚矿井下的地质情况，才能最大限度的保障煤矿回采工作人员的生命安全。因此，本文以L地区为例先分析了该地区的地质概况，然后阐述了物探技术的设计和施工，最后对探测的结果进行总结和验证。

【关键词】物探技术;煤矿;井测;导水陷落柱

我国煤矿的地质构造相对复杂，而且煤矿的储存规模不同，地质条件也就有所不同，在进行井下作业的时候经常会遭遇到断层以及陷落柱的问题，其中陷落柱的存在严重的影响了煤层以及围岩的稳定性，从而引发安全事故。因此为了保障煤矿工作人员的人身安全，需要对煤矿进行井测。在对煤矿地下作业进行井测时，采用的是高密度电法和地质雷达相结合的综合物探技术。该技术的应用可以清楚的了解陷落柱的含水性、导水性以及空间形态，为井下作业提供了较大的安全保障。

1地质概况

本文为例的L煤矿4371工作面长度为256米，煤层平均厚度大约在5.2米，在停在工作面东北走向高位1.5米，倾角为25°—54°的位置出现了斜角断层。在回采的过程中遭遇到的陷落柱的煤层底板标高为902米，奥灰水的静止水位标高为911m。在回采工作面漏出的陷落柱的高度在1.2米左右，陷落柱的主要结构成分为方解石晶体，方解石的大量出现就证明了该区域一定有火成岩体，因此地下水中会含有石灰岩的溶剂物质，当地下水位下降时，在负压影响下形成了陷落柱，当水位上升的时候水中的石灰岩溶剂的沉淀物质就会留在空隙中，久而久之就形成了就形成了方解石空洞。

2物探设计与施工

由于需要探测的地质条件比较复杂，而且还要对富水的区域范围进行探测，因此选用物探技术中高密度电法和地质雷达对井下的实际状况进行勘测探查，高密度电法对富水性的反应比较灵敏，可以相对准确的探测出富水的范围，而地质雷达的使用可以更加精准的探测出地质的构造组成。

2.1地质雷达探测

在使用地质雷达进行探测勘察的时候，主要的工作原理是通过发射天线发射出高频短脉冲电磁波[1]，在传播的过程中发射出的电磁波如果遇到地质条件存在差异的情况时就会发生反射，而反射的信号最终是由接受天线进行接收。然后就可以根据电磁波的实际反射情况对地质进行探测分析，主要的分析电磁波的接收时间、强度以及电磁波的形状，然后就可以根据相应的分析结果来判定地质的形态、电导性以及主要位置，从而完成对地下隐蔽目标的探测工作。在使用地质雷达对4371工作面下的地质结构进行探测时根据煤矿的实际情况选用了100Mz天线。然后在巷到底板的位置设置长度为35米的两条测线，探测的起点位置在80号和81号之间。1号测线距离停采区域的位置有4米，而2号测线距离停采区域的位置有1米，天线之间保持1米的距离。

2.2高密度电法探测

使用高密度电法对矿井下的地质结构进行探测时主要是利用地层内部岩石和土壤的导电差异性[1]。对地质结构进行探测的时候先将直流电导入地下，随着供电机的距离不断增大，向地下导入的电流也在不断的加深。因此就可以通过电极测试获取围岩以及地质结构的电性差异，再根据检测的这些差异来分析地质结构的横向电阻变化信息以及纵向电阻变化信息，最后对这些检测到的信息进行分析，从而获取地质结构信息。使用高密度电测法对矿井进行布置测线，检测线的长度在210米左右，在检测线上设置了70个电极，每个电极之间的相隔距离为3米，使用α排列法来分析中祥和水平方向的陷落柱变化特征。

3探测成果

3.1地质雷达探测成果

使用地质雷达物探得到的1号测线和2号测线的成果如图1和图2所示。

根据图1和图2 的剖面成果图可以看出，陷落柱直径的变化为越往下直径越大，对板底以下的影响范围也在不断的增加。在进行探测的时候进入陷落柱中的少部分能量被反射了回来，而绝大部分的能量都已被吸收，因此可以判定陷落柱内部会出现富水的情况，同时伴有部分堆积的乱石。

3.2高密度电法探測成果

先对使用高密度电法采集到的数据进行处理和分析，得到了图3所展示的巷道电阻率色谱断面图，在图中探测的深度用纵向坐标表示，巷道的方向用横向坐标表示，统一的单位为米，使用高密度电法探测的最大深度在25米左右。

根据以上的巷道电阻率色谱断面图可以看出，在大概在95到118米的位置存在着一处阻碍较低的物探异常区，这个异常区的整体结构上部比较窄，下部位置范围较大，并且上端和下端相连通，异常区域和周围的围岩相对比其电性较差，经过相关的分析得出的结论为：异常区上部较窄的低阻区就是陷落柱的所在位置。

3.3成果解释

对检测采集的数据和信息进项相关分析可以得出的观点为：使用地质雷法可以有效的探测出陷落柱内部的变化，尤其是对陷落柱岩石底边的变化和边界的变化探测结果较为精准。想要精准的了解陷落柱的含水情况就可以采用高密度电法进行探测。而这两项物探技术的综合使用可以根据检查的结果和信息构画出陷落柱的含水状况。

4结语

综上所述，证明物探技术的应用可以相对准确的判断矿井下陷落柱的结构形状以及富水的区域范围，为煤矿的安全回采工作提供一定的技术支持。

参考文献：

[1]杨承蕊.矿井物探技术在探测回采工作面导水陷落柱的应用[J].煤炭科技，2019，40（1）：74-76.

[2]焦阳，廉玉广，李梓毓，等.综合矿井物探技术在陷落柱探测中的应用[J].煤矿开采，2018，23（6）：16-18.

（作者单位：新汶矿业集团地质勘探有限责任公司）