矿井直流电透视法在麦捷煤矿巷道掘进中的应用

李彦军

(山西潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿)

麦捷煤矿是常村煤矿的6个整合矿之一[1]，由于煤层开采年代间隔久远，呈现剩余储量呈不规则分布、采空范围大、煤层多、埋藏较浅等特点，加之开采图纸资料不全、不实，导致区内存在不明老空和积水区，对安全生产等造成较大隐患[2-3]。矿井直流电透视法是以岩石导电性差异为基础，通过在工作面一侧巷道供电，在另一侧巷道一定范围内接收而形成一个扇形扫描区，以此来达到探测工作面内部地质构造及含水层富水性目的的方法[4-5]，在采区构造探测和矿井突水、瓦斯突出、冲击矿压等地质灾害的预测预报中应用广泛[6-7]。利用矿井直流电透视法在麦捷煤矿312配风巷和205轨道顺风巷开展超前探测，效果良好，为巷道的安全掘进提供技术保障。

1 工作区地质概况

麦捷煤矿目前开采煤层为二叠系下统山西组3号煤，顶板为K砂岩，层位较稳定，K砂岩上部为K8砂岩，之间层理水平交错发育，厚41.24～65.85 m，平均54.34 m。K8砂岩顶至K10砂岩底,与下伏山西组呈整合接触，厚41.28～77.87 m,平均61.40 m，厚度变化不大，由浅灰绿色—灰色泥岩、砂质泥岩，灰—灰白色中细粒砂岩组成。3号煤层底部K7砂体多为薄层状细粒砂岩，侧向上局部过渡为粉砂岩，厚度较小，潮汐层理发育，多向交错层理发育，逆粒序，属水下分支河道及河口远端坝沉积[8]。

2 水文地质概况

水文地质资料显示，预计矿井内煤层一次全高开采时产生的导水裂隙最大高度范围为32.99～94.54 m，一般可以沟通上覆K8砂岩含水层，局部地段可沟通K10砂岩含水层。因此目前影响麦捷煤矿3号煤开采的主要充水水源为直接顶、上底K8、K10砂岩含水层[9]。矿井内奥灰水水位标高为650 m左右，目前3号煤层位于奥灰水压力之下，属带压开采，水头高出3号煤层底板71.11(3 191孔)～332.90(3 152孔)m，但其间有119 m以上的隔水层相隔，若无构造沟通或人为破坏，对煤层开采影响不大。但若有地质构造、破碎裂隙带、封闭不良钻孔等自然或人为因素导水通道存在的情况下，仍然存在奥灰水突水危险[10]。

3 工作方法

为尽量多方向了解不同角度的掘进前方老空和积水区及其它类型富水区情况，确保巷道的掘进安全，本次超前探测在312配风巷和205轨道顺风巷各布置3个探测点、3个方向探测剖面(30°、0°、-30°)(图1),探测范围包括:①巷道迎头前方100 m(探测方向0°)；②巷道迎头前方顶板100 m(探测方向30°)；③巷道迎头前方底板100 m(探测方向-30°)；④巷道迎头前方左侧帮、右侧帮100 m。

图1 312配风巷/205皮顺巷超前探测现场施工平面

4 异常及解译

4.1 312配风巷超前探测

(1)顶板。迎头前方顶板(探测方向30°,探测深度100 m)度超前探测成果图(图2)可见，探测区域内没有明显的异常，探测点右前方在斜长约60 m内视电阻率值下降到2～4 Ω·m。推断：①无老空与积水区，即迎头前方顶板左侧帮、右侧帮和顶板各100 m的深度范围内,无老空与积水区。②探测区域内未发现明显的异常，由于阻值整体偏低，因此预计迎头前方顶板右侧(红线区域所示范围)内可能存在少量弱富水现象,但对巷道掘进安全生产无影响。

图2 312配风巷迎头前方顶板超前探测成果

(2)巷道水平方向。迎头顺层0°方向(探测方向0°,探测深度100 m)超前探测成果图(图3)可见，探测区域内相对低阻的异常区域增多，探测点左前方40 m外、近正前方60 m外、右前方约60 m外的阻值降到1～3 Ω·m，与30°探测结果横向对比，推断此处富水性略有增加，可能局部存在少量弱富水现象,但对巷道掘进安全生产无影响。综合推断：无老空与积水区，即迎头前方左侧帮、右侧帮各100 m的深度范围内无老空与积水区。

图3 312配风巷迎头前方顶板超前探测成果

(3)底板。迎头底板向下30°方向(探测方向-30°,探测深度100 m)超前探测成果图(图4)与图2、图3相比，探测区域内相对低阻的区域有向左偏的趋势，富水性相对变得更弱。因此推断该方向探测范围内富水性较差。综合推断:①无老空与积水区，即迎头前方底板左侧帮、右侧帮和顶板各100 m的深度范围内,无老空与积水区。②探测区域内相对低阻的区域有向左偏的趋势，富水性相对变得更弱。对巷道掘进安全生产无影响。

图4 312配风巷迎头前方底板超前探测成果

(4)探测结果。在312配风巷道迎头正前方探测区域内，即巷道迎头前方100 m、巷道迎头前方顶板100 m、 巷道迎头前方底板100 m和巷道迎头前方左侧帮、右侧帮100 m内，均无老空与积水区；基本没有其它类型的富水区,对巷道掘进安全生产无影响。

4.2 205轨道顺风巷超前探测

(1)顶板。迎头前方顶板(探测方向30°,探测深度100 m)超前探测成果图(图5)上，探测区域内没有明显的异常，在巷道迎头正前方视电阻率反映均出现高阻现象，分析富水的可能性不大，对巷道掘进安全生产无影响。综合推断：①无老空与积水区，即迎头前方顶板左侧帮、右侧帮和顶板各100 m的深度范围内,无老空与积水区。②探测区域内未发现明显的异常，在巷道迎头正前方富水的可能性不大，对巷道掘进安全生产无影响。

图5 205轨道顺风巷迎头前方顶板超前探测成果

(2)巷道水平方向。迎头顺层0°方向(探测方向0°,探测深度100 m)超前探测成果图(图6)显示，在探测范围内顺层巷道右侧50～100 m范围内出现比较明显的低阻异常，分析该范围内可能存在局部富水现象，但低阻异常与图5异常信息不连续，故应无老空与积水区。综合推断：①无老空与积水区，即迎头前方左侧帮、右侧帮各100 m的深度范围内,无老空与积水区。②在探测范围内顺层巷道右侧50～100 m范围内可能存在局部富水现象，需要进一步验证。

图6 205轨道顺风巷迎头前方顺层超前探测成果

(3)底板。迎头底板向下30°方向(探测方向-30°,探测深度100 m)超前探测成果图(图7)显示，在巷道迎头前方100 m范围，阻值较高，赋水的可能性不大。综合推断：①无老空与积水区，即迎头前方底板左侧帮、右侧帮和顶板各100 m的深度范围内，无老空与积水区。②在探测范围内，也无其它类型的富水区。

图7 205轨道顺风巷迎头前方底板超前探测成果

(4)探测结果。在205轨道顺风巷道迎头正前方探测区域内，即巷道迎头前方100 m、巷道迎头前方顶板100 m、 巷道迎头前方底板100 m和巷道迎头前方左侧帮、右侧帮100 m内，均无老空与积水区；在在探测范围内顺层巷道右侧50～100 m范围内可能存在局部富水现象。

(5)验证。在205轨道顺风巷内,沿迎头顺层0°方向向右侧帮打钻90 m，钻孔有水流出，出水量约2.3 m3/h；钻孔未发现老空与积水区。

5 结 论

(1)在312配风巷和205轨道顺风巷的巷道迎头正前方探测区域内，即巷道迎头前方100 m、巷道迎头前方顶板100 m、 巷道迎头前方底板100 m和巷道迎头前方左侧帮、右侧帮100 m内，均无老空与积水区。

(2)探测结果显示205轨道顺风巷顺层巷道右侧50～100 m范围内可能存在局部富水现象，经钻孔验证，出水量约2.3 m3/h。

(3)矿井直流电透视法在探测巷道迎头前方有无老空和积水区及其它类型富水区分布，该探测结果对保障巷道的掘进安全方面行之有效。