浅析工作面物探及断层超前探查工作

2023-11-10冯国栋刘维新

江西煤炭科技 2023年4期

姚远，冯国栋，刘维新

（兖矿能源集团股份有限公司济宁二号煤矿，山东济宁 272000）

济宁二号煤矿93下11 回采工作面位于九采区西部，东北侧为93下09 面采空区，工作面上方为93上13 面和93上15 工作面采空区。工作面开采93下煤层，厚度2.4～5.1 m，平均3.34 m。煤层厚度变化较大，工作面东北部临近3下煤层冲刷变薄区，受其影响煤层变薄；工作面西南部煤层较厚，煤层结构简单。为保证工作面的安全回采，需查明工作面内存在的异常地质构造和工作面的富水情况。采用无线电波坑道透视技术对工作面内地质构造进行探测，查明工作面内地质构造情况；采用瞬变电磁法对工作面及采空区影响区域富水异常体进行探测，查明工作面内及相邻采空区影响区存在的富水异常体。通过以上2 种物探方法对93下11 工作面存在的隐蔽地质致灾因素进行探查，以提高煤矿地质灾害的治理能力。

1 物探方法原理及设备

1.1 无线电波坑道透视法

利用无线电波坑道透视法解决地质构造问题，主要是利用不同岩石的电阻率、介电常数等电性差异，在发射高频电磁波传播过程中，不同岩石对其能量吸收的大小各不相同，电阻率高的岩石对电磁波能量吸收小，相反则吸收大。根据这个原理，可以利用无线电波来探测岩层中出现的断层、裂隙以及煤层突变区。本次探测采用WKT-E 型坑道透视仪。无线电波透视工作法原理如图1 所示。

图1 电磁波透视法工作原理

1.2 瞬变电磁法

利用瞬变电磁法勘探解决地质问题的前提条件是地质体和围岩存在电性差异。完整岩层的电阻率较高；但当其出现破碎、构造裂隙发育时，其电阻率会出现显著变化。当构造裂隙不充水时，其导电性会显著降低，电阻率增大；而当构造裂隙充含水时，其导电性会显著增强，电阻率降低。在电法资料上会形成等值线扭曲、凹陷等低阻异常现象。本次探测采用terraTEM 瞬变电磁仪。

2 工作面探测数据采集

2.1 无线电波坑道透视数据采集

轨道顺槽布置测线450 m，发射点10 个，点距50 m，对应的运输顺槽接收点132 个，点距10 m。运输顺槽探测起点位于切眼位置处，布置测线450 m，发射点10 个，点距50 m，对应的轨道顺槽接收点132 个，点距10 m。93下11 切眼探测起点位于轨道顺槽，布置测线220 m，轨道顺槽发射点3 个，点距50 m，对应93下11 切眼接收点27 个，点距10 m。运输顺槽发射点3 个，点距50 m，对应93下11 切眼接收点28 个，点距10 m。本次无线电波坑道透视共设计测线长度1 120 m，布置发射点26 个，接收点319 个，如图2 所示。

图2 无线电波透视法工作原理

2.2 瞬变电磁法数据采集

轨道顺槽探测起点位于切眼位置处，测点间距10 m，共探测450 m，布置物理测点46 个。运顺顺槽探测起点位于切眼位置处，测点间距10 m，共探测450 m，布置物理测点46 个。切眼探测起点位于轨道顺槽，测点间距10 m，共探测220 m，布置物理测点23 个。本次瞬变电磁法共设计测线长度1 120 m，布置测点115 个。

根据此次探测任务要求和巷道实际情况，轨道顺槽、运输顺槽探测内帮顶板30°、60°、90°，底板30°、60°，外帮顶板45°六个探测方向，测点间距10 m。93下11 工作切眼探测内帮顶板30°、60°、90°，底板30°、60°，外帮顶板45°、顺层、底板45°八个探测方向，测点间距10 m，如图3 所示。

图3 工作面轨道顺槽、运输顺槽和切眼瞬变电磁勘探探测方向

3 工作面探测结果分析

3.1 无线电波坑道透视结果分析

通过对93下11 工作面坑道透视数据的处理分析，得出初始场强H0=286 977 dB，吸收系数B=-0.147 696 dB/m。根据所选定参数进行回归分析和数据处理分析，得出衰减层析成像色块如图4所示。

图4 工作面坑透探测衰减层析成像色块图及坑透成果

结合相关地质资料和坑透探测衰减层析成像色块图分析，解释断层6 条，分别命名为DF1、F91011、F91103、F91105、DF58、DFr43；解释构造异常区一处，命名为K1。无线电透视解释的6 条断层，与顺槽揭露和三维地震勘探解释的断层进行对比，其中5 条断层与顺槽揭露和三维地震勘探解释的位置基本一致，有3 条断层走向在面内存在较大变化，分别为F91011、F91103和F91105正断层，另一条坑透解释断层DF1（H=2.5 m）位于设计停采线附近。

3.2 瞬变电磁探视结果分析

通过对工作面瞬变电磁勘探视电阻率等值线断面图分析，结合现场实际情况，经过对所得到的相对低阻异常区进行分析。本次瞬变电磁探测在工作面顶板探测范围内圈定相对低阻异常区1处，底板探测范围内无相对低阻异常区。

Ⅰ号相对低阻异常区位于运输顺槽距切眼0～70 m。切眼距运输顺槽0～70 m 范围内，推断为上方93上15 工作面采空区局部低洼点富水所致，异常区纵向分布高度10～38 m。

4 根据物探结果进行探查

4.1 工作面断层探测

2022 年11 月，工作面推进至断层密集区。为查明工作面前方断层位置及走向变化情况，结合物探资料，地质测量科组织综采一区工作面超前钻探。根据探测断层在工作面的延展情况、工作面钻孔资料和顺槽煤层倾角等信息，在工作面早班检修期间，每周进行超前探测2 次，每次设计钻孔4 个，钻孔深度18 m，以探明断层准确位置。

工作面回采期间，在75#架累计施工探测钻孔3 个，钻探进尺45 m，基本控制了SF91313（H=3.5 m）断层在工作面的走向变化；在120#、115#、100#、90#架施工探测钻孔8 个，钻探进尺80 m，否定了原物探解释9F5（H=0～5.0 m）断层；在125#、120#架施工钻孔4 个，钻探进尺28 m，查明了F91011（H=4.3 m）断层在工作面延展情况；在60#、70#、110#施工钻孔5 个，钻探进尺49 m，基本控制了SF91313（H=3.5 m）断层在工作面走向变化。

本次钻探工程累计施工探测钻孔20 个，累计钻探进尺202 m，基本控制了SF91313（H=3.5 m）、F91103（H=3.3 m）断层在面内走向情况，查明了F91011（H=4.3 m）断层在面内延展情况，否定了原物探解释9F5（H=0～5.0 m）断层，钻孔效果达到工程设计目的。工作面超前探测占用时间短，探测精度高，配合生产技术科制定的过断层方案，为工作面安全高效回采提供了地质保障。

根据钻探成果及时调整工作面割煤层位及采高，减少了断层造成顶、底煤的损失，提高了回采率。11 月份工作面推进97.55 m。根据工作面实际割煤采高计算，工作面回采率增加2.37%，多回收煤炭资源2 640 t，以吨煤利润500 元计算，创效132.0 万元。