試論礦井超前物探與超前鉆探綜合利用技術(shù)

李向銀

（山西汾河焦煤公司回坡底煤礦地測科，山西 霍州 031414）

回坡底煤礦水文地質(zhì)條件中等，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，隨著礦井開采深度的延伸，水害對礦井生產(chǎn)的威脅日益增大。為確保礦井的安全生產(chǎn)，避免水災(zāi)水故的發(fā)生，除了加強水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，礦井采用物探和鉆探相結(jié)合的探放水技術(shù)手段，對工作面前方地質(zhì)構(gòu)造及水害情況進行探測和分析，確保巷道安全施工。

1 高密度直流電法儀工作原理及使用范圍

工作原理：以巖石的電性差異為基礎(chǔ)，在全空間條件下建場，使用全空間電場理論，處理和解釋有關(guān)礦井水文地質(zhì)問題，其中的點源三級超前探測技術(shù)是研究掘進頭前方地層電性變化規(guī)律，預(yù)測掘進頭前方含、導(dǎo)水構(gòu)造的分布和發(fā)育情況的一種井下電法探測技術(shù)。

使用范圍：探測工作面前方100米范圍內(nèi)的隱伏斷層、陷落柱，尤其是含水、導(dǎo)水破碎帶、含水體等。探測異常區(qū)范圍準確，對低阻異常反映靈敏，對較小的低阻異常也能反映。

工作方法：應(yīng)用對稱三級探測裝置，工作布置方式為 A-M-N-B(∞)，A、B 均為供電電極，用于向煤巖層供電，M、N均為測量電極，用于探測地電場電壓，根據(jù)測出的電流、電壓值結(jié)合裝置系數(shù)就可以換算出巖層的視電阻率值，通過對不同地點、不同深度巖礦層的視電阻率進行全方位探測和綜合分析，就可達到探測巖性、構(gòu)造及其賦水性的目的。

高分辨率直流電法三級超前探測成果圖為視電阻率等值線柱狀圖，等值線上標注電阻率。按其視電阻率由低到高分別由藍、黃、紅三種顏色組成的色譜充填，相對低阻區(qū)一目了然地顯現(xiàn)出來（低阻區(qū)色譜接近藍色）。綜合分析視電阻率變化趨勢，視電阻率量值以及探測原始數(shù)據(jù)，找出異常區(qū)，結(jié)合現(xiàn)場實際揭露地質(zhì)資料，進行綜合地質(zhì)分析，給出異常區(qū)的合理地質(zhì)解釋，異常區(qū)的位置及范圍由柱狀圖下發(fā)的標尺準確反映出來。

2 超前鉆探

礦井鉆探采用ZY-1250型煤礦用全液壓鉆機，該鉆機適用于巖石堅固系數(shù)f≤8各種煤層、巖層。鉆機適應(yīng)巷道斷面積≥6.5m2，或者寬度≥2.8米，高度≥2.5米.探煤層時最大鉆機距離200米，在堅固性較大的巖層中鉆探時效果欠佳，在鉆孔傾角較大時不方便施工。在接近礦井邊界、各保護煤柱邊界100m附近時、在預(yù)計水壓大于0.1Mpa、物探報告異常區(qū)進行鉆探作業(yè)時，鉆孔必須強制安裝孔口管。

超前鉆探設(shè)計：在工作面迎頭進行超前鉆探，鉆孔設(shè)計為扇形布置，終孔孔間距不超3米，防隔水煤柱幫距留設(shè)20米，超前距留設(shè)30米，鉆孔設(shè)計長度100米，依次循環(huán)鉆探作業(yè)。

3 物探和鉆探技術(shù)相結(jié)合的工作流程

掘進工作面超前探測：采用高密度直流電法儀進行超前探測后，在工作面迎頭進行鉆探，每次鉆探鉆孔設(shè)計長度100米，鉆孔實際施工不超120米，避免出現(xiàn)飄鉆現(xiàn)象影響對鉆探結(jié)果的判斷。每次鉆探結(jié)束后，由相關(guān)科室和隊組對鉆探結(jié)果進行驗收，確保鉆探的真實有效性。對工作面出現(xiàn)異常區(qū)時，進行加密鉆探，確定異常區(qū)范圍，及時調(diào)整巷道坡度，指導(dǎo)生產(chǎn)。每次物探、鉆探工作結(jié)束后，對掘進工作面進行一次防治水許可評價。

回采工作面超前探測：對形成的回采工作面首先采用無線電波坑道透視探測，圈定工作面內(nèi)部異常區(qū)；采用瞬變電磁法探測底板的富水性。對物探圈定的異常區(qū)范圍進行鉆探驗證，每隔10米設(shè)計一組鉆孔，每組鉆孔設(shè)計三個驗證鉆孔。異常區(qū)以外的范圍，每50米設(shè)計一個鉆孔，進行兩巷對鉆（兩巷對鉆鉆孔水平間距不超10米）。物探、鉆探完成后，對結(jié)果進行分析，完成回采工作面防治水安全許可評價。

4 物探和鉆探技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用應(yīng)注意的幾個問題

4.1 高密度直流電法探測技術(shù)也有自身的缺點，由于其采用直流電場的全空間三級超交匯技術(shù)，容易造成異常區(qū)的誤判，對異常區(qū)的富水性也無法做出準確判別，物探結(jié)果存在多解性。

4.2 ZY-1250型煤礦用全液壓鉆機機身過大，考慮到受綜掘機影響，斷面小不易鉆機的前移，機身較重，鉆機搬運要求人員多，對傾角較大時鉆探不方便施工。選用鉆機要在考慮鉆機最大給進力和鉆機扭矩的前提下，選用易于搬運的鉆機為宜。

4.3 物探結(jié)果存在多解性，要求技術(shù)人員對物探地點選擇、工作面的導(dǎo)電體的控制等物理因素有嚴格要求；鉆探過程要求中對巖性跟蹤判斷，飄鉆現(xiàn)象等問題進行綜合分析。

結(jié)語

由于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造對煤礦生產(chǎn)與安全的重要影響，回坡底煤礦利用物探和鉆探綜合手段對工作面進行超前探測，進一步控制開掘范圍的存在的隱伏的斷層、陷落柱等不明構(gòu)造，所得的物探和鉆探結(jié)論已在巷道掘進和工作面回采過程中證實，對工作面水情水害、地質(zhì)構(gòu)造進行了有效預(yù)計，避免了水災(zāi)事故的發(fā)生，很好的指導(dǎo)生產(chǎn)，保障了礦井的安全生產(chǎn)。對合理布置工作面和圈定資源儲量、了解煤厚變化規(guī)律及構(gòu)造導(dǎo)水性、防止資源與工程浪費及水害、瓦斯事故的發(fā)生具有現(xiàn)實意義。

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