综合勘探在矿井采空区积水区探测中的应用

2022-06-04郭相海

山西冶金 2022年2期

郭相海

（汾西矿业（集团）有限责任公司安全监察中心，山西介休 032000）

采空区积水会给煤炭开采安全带来较大威胁，现阶段矿井常用的采空区积水探测手段可大致分为物探、钻探两类[1-2]。钻探可直接掌握井下情况，但是也存在探测范围小、施工强度大以及成本高等问题，无法实现大规模探测[3]。物探具有效率高、成本低以及探测范围广等优点，现阶段常用的采空区积水物探探测手段包括有瞬变电磁法、音频电透视法等，其中瞬变电磁法具有探测深度大、布点简单以及成本低优点，但是也面临随着探测深度增加面临在采空区积水边界判别难度大问题；音频电透视法可布置在探测区附近，可更为精确的确定采空区积水边界，但是也存在探测距离小问题。将瞬变电磁法、音频电透视法相结合，充分发挥两种探测技术优势，以便达到更为全面、精准确定采空区积水范围目的[4-7]。

1 工程概况

山西某矿主采煤层批准开采3 号煤层、15 号煤层两层煤，3 号、15 号煤层厚度平均分别为4.6 m、6.9 m，煤层开采均采用综放工艺。3 号煤层埋深平均埋深350 m、15 号煤层埋深470 m。随着矿井矿井服役时间增加，浅部的3 号煤层资源已基本枯竭，现生产主要集中在15 号煤层。3 号煤层与15 号煤层岩层主要为粉砂岩、灰岩以及砂质泥岩，根据经验预测15 号煤层开采后导水裂隙带会发育至3 号煤层采空区。3 号煤层以及15 号煤层水文地质条件简单，主要涌水水源为3 号煤层上覆砂岩裂隙水含水层以及15 号煤层顶板灰岩裂隙水含水层。

由于3 号煤层部分区域开采时间长，预计采空区部分区域内会存在积水情况，为确保15 号煤层15303 综放工作面生产安全，提出将地面采用瞬变电磁法、井下采用音频电透视法相结合的井上下联合勘探技术对采空区内积水情况进行探测。

2 综合勘探设备及勘探点布置

2.1 综合勘探设备

地面瞬变电磁勘探采用V8 多功能电磁探测仪，该设备具有动态测量范围大、抗干扰能力强、功率大、体积小以及施工便捷等优点，可满足大深度、大电流勘探需要。

井下音频电透视采用的设备型号为DTS-II 音频电透视仪，该设备由接收机、供电机两部分构成，是一种专门用以井下水文地质勘探设备，具有抗干扰能力强、探测精度高等优点。

2.2 勘探点布置

在地面采用瞬变电磁法探测3 号煤层采空区，具体测网布置线距40 m、点距为20 m，布置的测线应尽量垂直地层产状。在地面共计布置35 条测线，其中1 号-8 号测线长度840 m、9 号-35 号测线长度均为1 640 m，现场共计布置2 834 个测点。

井下采用音频电透视法探测，布置发射点、接收点间距分别为50 m、10 m。针对发射点，在另一条巷道对应区间内布置接收点并按扇形扫描接收。单个发射点对应15～26 个接收点，根据现场探测需要在井下共计布置289 个探测坐标点。

3 综合勘探成果分析及验证

3.1 综合勘探成果分析

具体地面布置的瞬变电磁勘探解释图见下页图1 所示，具体表征标高+450～+900 m 范围内地层电阻分布特征。

从图1 中看出，随着探测水平距离增加，视电阻率呈降低趋势，视电阻率变化特征与地层产状分布特征较为吻合；在水平距离1 250～1 600 m 范围内为视电阻率低阻异常区，判定该区域上覆存在有3 号煤层采空区积水区，该低阻异常区主要是由于采空区积水以及岩层内裂隙富水引起。瞬变电磁勘探确定的低阻异常区正位于15303 综放工作面开采范围内。

图1 瞬变电磁勘探解释图

为进一步确定15 号煤层15303 综放工作面上覆采空区以及顶板岩层富水情况，采用音频电透视法对采面开采范围内15 号煤层上覆40 m 范围低阻异常区进行勘探，具体成果图见图2 所示。

图2 音频电透视勘探成果

从图2 得知，音频电透视勘探确定的1 号异常区位于采面上巷东侧，该异常区分布范围贯穿整个采面，具有分布范围广、异常幅值强特点，异常区中心靠近采面上巷位置；2 号异常区位于采面下巷40号-63 号测点间，南北状分布，异常区不连续、有两个异常中心。根据矿井现掌握的地质资料显示，2 号异常区主要是由于附近的F12、F13 断层导致，在断层影响下煤层顶板岩层破碎、导水能力明显增大。

根据瞬变电磁以及音频电透视勘探结果发下，15303 综放工作面范围内确定的异常区具有一定的导水性，因此建议在15303 综放工作面开采期间注意防治水工作开展，特备注意F12、F13 断层影响区内防治水工作开展。