综合物探技术在大淑村矿中的应用

高小青

（河北煤炭科学研究院有限公司，河北 邢台 054000）

大淑村矿174401 工作面为野青煤综采工作面，主要含水层由上向下依次为伏青灰岩（间距31 m±）、大青灰岩（间距77 m±）、奥陶系灰岩（间距128 m±），其中奥灰为最主要含水层。因此需要提前查明工作面内部及外围一定范围内含水异常体及工作面内部隐伏地质构造（陷落柱、断层、煤层变薄带等） 的分布情况，为工作面防治水措施制定提供依据。

1 工作面主要情况

174401 工作面为野青煤综采工作面，上下顺槽长340 m，采宽116 m，煤层平均厚度1.2 m，煤层平均倾角16°。工作面标高-310—-410 m。煤层老顶为粉砂岩、直接顶为石灰岩，老底为粉砂岩、直接底为细砂岩。

工作面紧邻矿界保护煤柱，上顺槽外侧50 m为薛村矿井田，边眼外侧为四采区上山保护煤柱。

根据工作面掘进期间揭露的水文地质资料分析可得出，174401 工作面所在区域断层较发育，共发育大小断层约15 条，断层最大落差约为4 m，最小断层落差约为0.2 m。对工作面回采影响较大的断层主要有2 条，其余断层由于断距较小或位于工作面回采区域外围对工作面后期回采影响较小。

该工作面所在区域野青煤下伏主要含水层，从上向下依次为伏青灰岩（间距31 m±）、大青灰岩（间距77 m±）、奥陶系灰岩（间距128 m±），其中奥陶系灰岩为最主要含水层，也是野青煤开采中最主要的防范对象，在无垂向导、含水构造如断层、陷落柱等情况下，奥灰水一般不会充入，对野青煤开采工作面威胁较小，因此，隐伏导、含水构造以及隐伏导水陷落柱等含水异常体是矿井防治水工作重点。

2 工作方法及原理

2.1 矿井瞬变电磁技术

由于含煤地层的沉积排序比较有规律，在原始或未扰动状态下，地层的电阻率值在纵向上按一定规律变化，在横向上数值变化不大。一般情况下不同岩性岩层的电阻率值存在明显差异，一般来说泥岩、页岩、粉砂岩、中粗砂岩、灰岩的电阻率值是逐渐增高的，而煤的电阻率值通常很大，与煤层顶底板岩层（泥岩、砂岩等） 有很大区别。含煤地层各岩层电性变化一般规律为，煤层电阻率值（250～300Ω·m）、砂岩（50 ～100Ω·m）、粘土岩类（20 ～30Ω·m），其它岩层与煤层的电阻率差异明显。当煤层存在采空区积水及裂隙、断层破碎带积水时，水体及其周围导电阻率值将明显下降，岩层的含水量是电阻率值大小的决定因素。这是矿井瞬变电磁方法探测目标区域岩层富水性的物理前提。

因此，通过采用矿井瞬变电磁方法探测目标区域岩层电阻率值及其变化，可以有效判断岩层的富水性，也可以判断采空区、断层等构造的富水情况。

2.2 无线电波坑透技术

完整的煤层相当于各向异性均衡的地质体，当电磁波在其中传播时，能量按一定规律衰减，且衰减较小，当工作面内部存在断层、陷落柱、煤层变薄带时会对无线电磁波产生折射、反射或吸收作用，从而造成电磁波能量不同程度的减少，坑透接收机接收到的电磁波信号就会减弱或接收不到数据，从而通过后期处理就可以确定构造异常区大小及位置。综上所述，采用矿井瞬变电磁探测技术和井下无线电波坑道透视技术，可以查明工作面内部及外围一定范围内含水异常体、工作面内部隐伏地质构造的分布情况，对探测范围内水文条件及地质条件做出科学评价。

3 现场施工布置

3.1 工作布置

根据现场条件及解决问题的需要，此次采用坑透、瞬变电磁综合物探技术，对174401 工作面内构造发育情况，工作面内部及外围一定范围内煤、岩层富水情况进行综合探测、评价。

3.1.1 无线电波坑道透视技术

此次174401 工作面无线电波坑道透视工作采用中煤科工重庆研究院（WKT-E） 型无线电波坑道透视仪，发射机、接收机均为矿用本质安全型，使用频率0.3 MHz，发射点间距50 m，接收点间距10 m，单点接收范围150 m（巷道两端除外）。

工作在工作面上下顺槽同时展开，共布置坑透发射点14 个（专用回风巷6 个、下顺槽6 个），发射点距50 m，接收点距10 m，每个发射点接收15个左右（图1），接收点共计200 余个，完成工作面长度340 m。

图1 174401 工作面坑透观测系统示意Fig.1 The observation system of radio wave tunnel perspective in No.174401 face

3.1.2 矿井瞬变电磁

共布置5 角度测线2 条，3 角度测线1 条，瞬变超前探测2 组，探测角度分别为专用回风巷里帮-15°、-35、-55°、-75°°外帮-45°、-75°；下顺槽里帮-5°、-35°、-55°、-75°外帮-75° （图2）；切眼外帮-20°、-45°、-70°（图3）；专用回风巷里端超前探测：水平测量范围为右90°至0（水平测量间隔15°） 7 个探测角度；每个水平探测角度又进行了垂直方向-20°、-45°、-70°方向探测（图4）；工作面下顺槽里端超前探测角度为：水平探测范围为左90°至0（水平测量间隔间隔15°） 7 个探测角度；每个水平探测角度又进行了垂直方向-20°、-45°、-70°方向探测（图5）。物探工作布置见大淑村矿174401 工作面综合物探工作布置及成果图（图6）。工作量统计详见表1。

表1 工作量统计Table 1 Statistics of workload

图2 174401 工作面两巷瞬变电磁探测示意Fig.2 The transient electromagnetic detection diagram of two roadways in No.174401 face

图3 174401 工作面切眼瞬变电磁探测角度示意Fig.3 The transient electromagnetic detection profile of open-off cut in No.174401 face

图4 174401 工作面专用回风巷里端瞬变电磁探测示意Fig.4 The transient electromagnetic detection diagram of inside end of special air return roadway in No.174401 face

图5 174401 工作面下顺槽里端瞬变超前探测示意Fig.5 The transient advance detection diagram of inside end of lower roadway in No.174401 face

图6 174401 工作面综合物探布置及成果图Fig.6 The diagram of No.174401 face

3.2 工作量

4 技术与质量保证措施

4.1 执行相关标准

此次综合物探工作执行及参照以下工作技术规范和要求。

（1） 原煤炭部颁布的《煤田地质勘探安全规程》。

（2） 《煤矿安全规程》。

（3） 《煤矿地质工作规定》。

（4） 《煤炭资源勘探工程测量规程》。

（5） 其他按国家或行业现行标准执行。

4.2 主要生产技术措施

（1） 井下物探施工时，巷道有排水管、供电电缆等金属物体，施工时与金属物距离保持0.5 m左右，减少金属对物探信号的干扰。

（2） 安排了专职人员参与施工，详细了解探测任务，并根据探测任务，备齐仪器、器材。

（3） 测量过程中，要使仪器设备远离水、尘等，保证仪器设备工作正常，严格按照仪器相关使用说明执行。

（4） 测量工作开展之前收集工作面相关资料。

（5） 对测点位置进行确认，确保测点位置准确无误。

（6） 记录详细、规范、完整，禁止涂改。

（7） 现场测量工作开始以前要进行实验，凭借实验结果确定本次探测仪器的参数。

（8） 工作面数据采集时，对工作面两个巷道实施停电。

（9） 无线电波透视施工时，对发射机及接收机进行对时，保证收发时间一致。

5 综合物探成果

5.1 无线电波坑道透视探测成果

图7 为该工作面无线电波坑道透视CT 图，结合巷道实际揭露地质资料及此次坑透实测场强信号的强弱和电磁波吸收系数强弱分析，在工作面探测区域内发现1 处坑透异常区。

图7 无线电波坑道透视CT 图Fig.7 Radio wave tunnel perspective CT diagram

该异常区位于工作面110 ～340 m，异常影响幅度＞1/2 煤厚，分析为巷道揭露断层f4、f5、f12的综合反应。

5.2 瞬变电磁探测结果

经室内瞬变电磁专用处理软件对此次所采集的原始数据的分析处理，绘制出174401 工作面瞬变电磁探测视电阻率等值线断面图（图8）。

此次瞬变电磁沿探测方向有效解析距离均为130 m，盲区20 m。依据图8，探测范围内圈定1处水文异常区。

图8 专用回风巷切眼瞬变电磁超前探测视电阻率等值线断面图Fig.8 The transient electromagnetic advance detection apparent resistivity contour section diagram of special airreturn roadway open-off cut

该异常由专用回风巷切眼处瞬变电磁超前探测圈定，具体位置位于专用回风巷迎头前方17 ～70 m，深度位于底板下42 ～94 m，水平范围0 ～右50°，在-45°、-70°探测角度反映明显，异常深度从煤层底板下42 m 至大青灰岩附近，分析为局部岩层破碎含水反应。

5.3 矿方验证结果

根据矿方后期相关资料，无线电波坑道透视技术所圈定的1 处地质异常区域经矿方后期验证为工作面内部隐伏断层与巷道揭露断层综合反映，且断层的影响范围与探测结果大体一致；瞬变电磁探测技术所圈定的1 处水文异常区经矿方后期验证由断层引起的岩层局部破碎含水反应，含水量较小。

6 结 语

通过在冀中能源峰峰集团大淑村矿174401 工作面的综合物探工作可以看出，采用矿井综合物探技术对采煤工作面内部隐伏构造以及含水异常体情况探测效果较好，后期经过对现场探测数据的处理分析可以较准确的勘测出工作面内隐伏地质构造和含水低阻异常体的位置和影响范围，为后期工作面回采过程中所面临的水文及地质问题提供技术支持，确保工作面后期安全回采。