水文地質(zhì)物探在煤礦探放水工作中的應(yīng)用

李衛(wèi)平

（靈石縣煤炭工業(yè)局，山西 靈石 031300）

山西靈石縣域水文地質(zhì)復(fù)雜，有汾河等大小河流3 000多條，大多為季節(jié)性河流，直接流入汾河的靜升河、仁義河、交口河、段純河支流。地下水碳酸鹽巖巖溶水，變質(zhì)巖、碎屑巖基巖裂隙水，松散巖類孔隙水。含水層主要有中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層組、上石炭統(tǒng)太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層組、二疊系下統(tǒng)山西組、上下石盒子組砂巖裂隙含水層組、松散巖類孔隙含水層組。經(jīng)過兼并重組，加上原來私挖亂采，缺乏水文地質(zhì)資料，因此提出“物探先行、鉆探跟進(jìn)、探掘分離、不探不掘”的防治水工作思路。通過瞬變電磁、多功能電法儀等探測，指導(dǎo)安全掘進(jìn)。目前，國內(nèi)用于巷道頂?shù)装鍢?gòu)造和水文地質(zhì)探查的礦井電法技術(shù)發(fā)展較快，專用設(shè)備進(jìn)展；其中YD32(A)高分辨電法儀在煤礦水患治理中發(fā)揮了積極作用。2011年開始，由各集團(tuán)公司成立物探隊(duì)伍，引進(jìn)物探設(shè)備（如YD32(A)高分辨電法儀和瞬變電磁TerraTem，高密度電法儀、瑞麗波等），對井下所有掘進(jìn)巷道進(jìn)行全程全方位的超前探測。

1 地面物探在防治水工作中的應(yīng)用

采用瞬變電磁儀等對煤礦全區(qū)進(jìn)行地面物探，查清采（古）空區(qū)積水、積氣等分布情況，進(jìn)行前期分析，能對預(yù)防水害起到積極作用。

夏門煤業(yè)有限公司采用瞬變電磁儀進(jìn)行了物探勘查：①探測確定采空區(qū)范圍、積水范圍、估算積水量；②了解區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的發(fā)育展布情況；③探測內(nèi)含阻導(dǎo)水性和山西組砂巖含水層、太原組石灰?guī)r含水層厚度及其分布變化情況。

圖1 瞬變電磁反演擬斷面等值線圖

從圖1知，在15-41點(diǎn)，深度+850m以上的視電阻率值相對較高，分析為采空后局部地層塌陷所引起的電性反映；深度+850m左右處電性反映低阻，分析為太原組砂巖含水層的電性反映（圖中藍(lán)色部分）。其余地段的視電阻率值介于二者之間，不存在積水區(qū)，分析為含煤地層段巖層的電性反映。其余部視電阻率較高，分析為奧陶系灰?guī)r反映。

經(jīng)礦方與井下實(shí)際采空區(qū)情況對照，誤差能控制到50 m以下。實(shí)際掘進(jìn)中采用YD32(A)高分辨電法儀予以巷道物探，經(jīng)物探、鉆探結(jié)合成功排放了采空區(qū)8萬m3積水，對防治水可有很好指導(dǎo)意義。

2 井下物探在防治水工作中的應(yīng)用

使用YD32(A)高分辨電法儀、TEM瞬變電磁儀，可對井下探水起到很大作用，成功探出多個(gè)礦井掘進(jìn)面的積水等。

2.1 鑫鼎泰煤業(yè)有限公司超前探水測試

該公司于2008年4月5日，對主斜井前下方用鉆機(jī)進(jìn)行了鉆探。在原工作面迎頭前方掘進(jìn)9 m后，在工作面安設(shè)探放水鉆機(jī)、并分別布置直徑60 mm的4個(gè)鉆孔：1號孔:鉆探角度-22°，鉆探21 m出水、涌水量20 m3/h；27 m出水、涌水量30 m3/h；30.5 m出水、涌水量 40~50 m3/h。2 號孔:鉆探角度-32°，鉆探19 m出水、涌水量30 m3/h；20 m出水、涌水量40~50 m3/h。3 號孔:鉆探角度-29°，鉆探 20 m 出水、1 m3/h。4號孔:鉆探角度-28°,鉆探 30 m 出水、5 m3/h。

根據(jù)實(shí)際鉆探結(jié)果與利用YD32(A)電法儀探測成果（見圖2）對比分析：實(shí)際鉆探結(jié)果（見圖3）19~21 m處出水、27~30.5 m處出水段與綜合圖所顯示的位置相比基本吻合。

圖2 儀器測試成果圖

圖3 鉆探實(shí)際成果圖

2.2 梗陽煤業(yè)膠帶巷工作面TEM物探測試

本次探測使用YCS256型礦井瞬變電磁儀及其配套MTEM2.0處理系統(tǒng)。根據(jù)多匝小回線發(fā)射電磁場的方向性，將發(fā)射、接收線框平面對準(zhǔn)煤層頂板和底板進(jìn)行探測，施工設(shè)計(jì)點(diǎn)數(shù)33個(gè)，每個(gè)測點(diǎn)線框的法線方向?yàn)椋喉敯?30°、水平順層 0°、底板 30°方向，總計(jì)1 320個(gè)物理測點(diǎn)，具體布置示意圖，見圖4。

圖4 TEM觀測系統(tǒng)布置示意圖

成果分析：瞬變電磁由于受發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間的影響，一般存在10~20 m的淺部探測盲區(qū)，因此本次物探范圍15~100 m。膠帶巷掘進(jìn)迎頭頂板30°方向探測范圍內(nèi)有明顯低阻異常；推測為斷層導(dǎo)水引起異常，可能含水或潮濕（回風(fēng)巷前方已揭露斷層）。膠帶巷掘進(jìn)迎頭順層方向探測范圍內(nèi)有明顯低阻異常；推測為斷層導(dǎo)水引起異常，可能含水或潮濕（回風(fēng)巷前方已揭露斷層）。膠帶巷掘進(jìn)迎頭底板30°方向探測范圍內(nèi)無明顯低阻異常；推測大面積富水的可能性較小。綜合推斷在正前方60~90 m之間推測為斷層導(dǎo)水，含水可能性高。所以，探測范圍內(nèi)的頂板、順層有明顯低阻異常，煤礦生產(chǎn)中進(jìn)行了嚴(yán)格的鉆探工作；在上述異常區(qū)域因斷層導(dǎo)水，涌水量達(dá)10 m3/h，共排水約3 000 m3，對煤礦的安全生產(chǎn)起到積極作用。

3 水文地質(zhì)物探在煤礦防治水工作的應(yīng)用分析和總結(jié)

通過上述兩種物探相結(jié)合，對礦區(qū)水文地質(zhì)情況能得基本判斷和預(yù)測預(yù)報(bào)，給煤礦提供防治水的科學(xué)依據(jù)。

1）以地面水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探（瞬變電磁TerraTem）為基礎(chǔ)，結(jié)合使用YD32(A)高分辨電法儀等方式能為井下水文地質(zhì)的探測提供科學(xué)的對照探測依據(jù)，能有效指揮煤礦安全生產(chǎn)，值得推廣使用。

2）井下物探能有效識別巷道頂、底板隔水層厚度、斷裂破碎帶、含水和導(dǎo)水構(gòu)造等地質(zhì)構(gòu)造、含水和導(dǎo)水破碎帶，甚至潛在的突水點(diǎn)等情況，尤其對老窯采空區(qū)和采空水較敏感、判斷較準(zhǔn)確。

3）總體來說，利用地面水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探的結(jié)果，對礦區(qū)范圍內(nèi)的老空積水、構(gòu)造水進(jìn)行前期的區(qū)域劃分，實(shí)際采掘中使用高分辨電法儀、瞬變電磁儀等進(jìn)行井下物探，并用鉆探水機(jī)具進(jìn)行鉆探驗(yàn)證；這種“物探先行、鉆探跟進(jìn)、探掘分離、不探不掘”的防治水方式的采用，能及時(shí)杜絕煤礦透水事故。

[1]煤礦安全規(guī)程[S].北京:煤炭工業(yè)出版社，2010.

[2]煤礦防治水規(guī)定[S].北京:煤炭工業(yè)出版社，2009.

[3]山西煤銷集團(tuán)夏門煤業(yè)有限公司物探成果報(bào)告[R].河北環(huán)宇礦業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司，2011.

[4]武強(qiáng)，董書寧，張志龍.礦井水害防治[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[5]王宏斌，劉伯.礦井水害防治技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.