YCS200(A)瞬变电磁仪超前探测在鑫岩煤矿的应用.pdf

第2期铁法科技 2019年12月 技术经验 YCS200（A）瞬变电磁仪超前探测 在鑫岩煤矿的应用 东义公司郝立彬 摘要为了发现巷道掘进过程中可能出现的富水区域，采用矿井瞬变电磁法对井下掘进工作面进行 超前探测，对工作面前方富水性进行分析，为探放水工作提供可靠的依据。 关键词超前探测应用 1引言 采掘巷道（前方、顶板、底板）的采空区、陷落柱 是不可忽视的灾害性地质异常体，它们破坏了煤层 的连续性,容易引发透水、瓦斯事故,给煤矿的安全 生产带来威胁，因此，探明巷道（前方、顶板、底板） 的采空区、含水构造的分布是煤矿安全工作重点O 矿井瞬变电磁法是煤矿井下巷道内探査周围 空间不同位置、不同形态含水构造的矿井物探方法 之一。该技术是一种时间域的电磁探测方法。形成 扇形图，其横坐标为以巷道中心为零点向两侧延伸 至巷道的实际宽度，纵坐标为基于巷道迎头的实际 探测距离，测量不同深度的测点的视电阻率值分布 在实际平面位置，根据电阻率等值线图绘制扇形 图，能够清晰直观地表现出异常区域的位置,从而 使矿井瞬变电磁法超前探测资料解释更加精确O 2地质概况 鑫岩煤矿井田主要含水层为奥陶系石灰岩岩 溶裂隙含水层组、石炭系太原组碎屑岩夹灰岩岩溶 裂隙含水层组、二叠系山西组、石盒子组、石千峰组 砂岩裂隙含水层组和第三、第四系砂砾石层孔隙含 水层。分布于各含水层之间的泥岩、砂质泥岩、粘土 岩、铁铝岩等为隔水层。井田内山西组可采煤层的 直接充水含水层主要为山西组和石盒子组砂岩;太 原组可采煤层的直接充水含水层为太原组L1 -L5 灰岩，间接充水含水层为奥陶系灰岩。5煤层水文地 质勘查类型为II类I II型，即以裂隙充水、顶板淋 水为主的水文地质条件简单至中等的矿床,10煤层 井田水文地质勘査类型属皿类I型（标高600m以 上）和U型（标高600m以下），即以岩溶裂隙充水为 主的水文地质条件简单和中等的矿床。 区域内构造简单，总体为走向北西-南东，倾 向南西的单斜构造,未发现有断层、陷落柱及岩浆岩 等构造，井田构造属简单类型。 山西组2、3、4、5号煤层，其直接充水因素是顶 板砂岩裂隙含水层。根据ZK302水文孔抽水试验结 果，山西组以上含水层，钻孔单位涌水量为 0.00741 /s 叫渗透系数为0.02 3m/d,属弱富水含水 层。 太原组主采煤层为6、8-1、8-2、10号煤层，其直 接充水含水层为太原组灰岩裂隙含水层。根据 ZK302水文孔资料，其主要含水层为灰岩和中粗粒 17 第2期铁法科技 2019年12月 砂岩，含水层共5层,总厚度39.9m,钻孔单位涌水 量为0.0001 2 L/s-m,属弱富水含水层。 北一盘区为鑫岩煤矿首采盘区,分为北一上盘 区、北一下盘区两个盘区，其中北一上盘区回采煤 层为5号煤层;北一下盘区开采煤层为10号煤层, 该盘区位于井田东北部,为一规则的多边形，盘区 南北走向长0.9km,东西倾斜宽0.7km,面积 0.63km2o 根据可采区、缓采区、禁采区三区划分报告，本 井田东北部边界地段5、10号煤层底板位于奥灰水 等水位线之上，不带压，属正常开采区域。 3探测地点、探测条件及工作布置与技术 措施 3.1探测地点、探测条件 井下所有掘进工作面都严格执行“物探先行、 钻探验证”的探放水原则，本次以北一下盘区1001 回顺为探测分析地点，该工作面位于井田东北侧边 缘,东侧与井田边界相邻，与井田边界平行北向施 工，井田保护煤柱留设2 0m。井田边界东部为山西 悦达军山煤业有限公司，该矿井涌水量120〜 1 80m3/d,该矿井为低瓦斯矿井，目前已经关停，其图 纸资料不详。 3.2工作布置与技术措施 3.2 .1 工作布置 测点布置在巷道迎头空间位置,即从巷道迎头 左侧开始，首先使发射、接收天线的法线垂宜巷道 左侧面进行测量,然后按一定角度旋转天线,使天 线的法线方向与巷道的左侧分别成180、30。、 45、60。的夹角进行探测，当天线的法线方向与 巷道迎头界面垂宜时，根据其主迎头断面的宽度布 置3个测点,到巷道迎头右侧时再旋转天线,使法 线方向与巷道右侧分别成60。、45。、30。和0。 的夹角进行探测，即在多个角度采集数据,从而获 得尽可能完整的前方空间信息。 共布置测线3条，分别沿顶板30。、顺层0。 和底板30。三个方向（图1）探测，每条测线11个 物理点（图2））,共计33个物理点。 掘进迎头 图1探测物理点线框方向布置图 图2每条沿线11个物理点图 3.2 .2 技术措施 本次物探使用的仪器型号为YCS2 00（ （A） ）矿用 瞬变电磁仪,矿井瞬变电磁法超前探测采用重叠回 线组合装置，边长1 .5m的激发和接收正方形线圈， 激发线圈匝数16匝,接收线圈匝数40匝。供电电 流档为50A,供电脉宽1 0ms,采样率16皆。每个测 点至少采用30次叠加方式提高信噪比，确保了原 始数据的可靠性。 3.2 .3 现场探测条件 （1）掘进巷道顶板及两帮为金属钢筋网锚杆支 护。 18 第2期铁法科技 2019年12月 （ （2） ） 探测时已协调掘进队将掘进机后退5m,并 断电。 （ （3） ） 现场清理金属工具如锚杆机、凿岩机、锚 杆等金属工具，放置5m以外。 （ （4） ） 探测时掘进工作面迎面后方5m范围为作业 区域,需清理平整。 （ （5） ） 掘进工作面无积水。 3.2 .4 仪器系统影响因素 YCS2 00（ （A））矿用瞬变电磁仪探测盲区范围在 5〜1 0m之间，盲区范围内存在异常，也能探测,只是异 常区域滞后，使用过程中应考虑探测盲区因素影响。 4验证结果 4.1验证地点及验证条件 YCS2 00（A）瞬变电磁仪超前探测法首次在鑫岩 煤矿使用，为保证超前探测结果的可靠性,除钻探 进行验证外，选择对已经探明水位线、水头高度的 N1 008采空区积水区进行超前探测验证。 N1 008工作面估算积水量为1 3.8万m3,施工 N1 009运输顺槽、切眼、回风顺槽掘进期间已经对采 空区积水进行探放，目前该采空区积水估算6万 廿,水头高度为8m,本次物探验证在N1 009切眼距 离N1 008采空区70m位置进行超前探测。 4.2资料处理与解释 00 90 80 703 . 50 40 00 90 80 703 . 50 40 30 20 10 30 20 10 S S1 1 测深度m -110 -90 -70 -50 -30 -10 1 0 30 50 70 90 110 图3 N1 009切眼顺层探测成果图 N1 009切眼掘进工作面迎面顺层视电阻率探测 扇形图如图3所示。资料解释在前进右帮水平方向 10 80m、前进方向80 110叫属于低阻异常区。 根据探测结果显示，工作面右前方68 m的位置 存在明显低阻异常区，与N1 008采空区位置基本上 吻合。 5实际应用 5.1北一下盘区1001回顺探测资料处理与解释 北一下盘区1001回顺掘进工作面迎面顶板 30向上视电阻率探测资料解释结果为该条测线右 帮30 70m、前方20〜90m,可能存在低阻异常区域, 不排除为军山煤业有限公司煤矿采空区的可能。 北一下盘区1001回顺掘进工作面迎面顺层视 电阻率探测扇形图如图4所示,资料解释异常区域 一、异常区域二在前进右帮水平方向30〜80m、前进 方向0 70m,属于低阻异常区，可能出现滴（淋）水现 象,不排除为军山煤业有限公司煤矿采空区的可能。 一 一 一 I I 00 90 80 70 60 50 00 90 80 70 60 50 1 1 探测深度m 40- 30- 20- 10- -110 -90 -70 -50 -30 -10 10 30 50 70 90 110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 图4 顺层0。探测成果图 北一下盘区1001回顺掘进工作面迎面底板 30。向下视电阻率探测资料解释结果为前进右帮 水平方向30 90m、前进方向060m,属于低阻异 常区，可能出现涌水现象，不排除为军山煤业有限 公司煤矿采空区的可能。 5.2应用效果 利用瞬变电磁超前探测技术有效地探测了掘 进工作面顶、底板前方的含水构造形态、水力联系, 取得了一定的效果，为钻探设计提供（下转第22页） ・・19・ ・ 第2期铁法科技 2019年12月 度调整提供了可靠的地质资料，为煤岩分运及煤质 管理提供了有效的技术手段。S2 N5工作面目前已回 采结束，同工作面回采实见范围基本一致,预测及 实见对比如图5所示。 图5预测及实见范围对比图 6结语 三维地震时间剖面解释底板异常隆起,拓宽了 三维地震资料的应用范围和思路，不但为小康矿软 岩矿井、无煤带地质构造发育、底板起伏不平给工 作面生产带来的困难提供了新的预测和解释途径, 同时,应用实见构造位置投射到时间剖面上，探寻 其在时间剖面上的有别于正常地段的细微变化和 特征，总结规律、掌握规律，具有指导工作面生产的 作用。 第一作者简介史建军（1 971 -）,男，高级工程师。1996 年毕业于黑龙江矿业学院地质矿产勘查专业,现任小康矿 地测大队队长。联系电话1347011 2 81 6O （上接第19页） 了依据，由于巷道掘进工作面实际情况，存在一定 的干扰，因此数据处理结果在视电阻率绝对值会有 一定偏差,解释的低阻异常区范围容易偏大。 6结论与建议 6.1结论 1） 北一下盘区1001回顺顶板方向视电阻率探 测扇形剖面,根据物探综合探测方向来看，该条测 线右帮30 70m、前进方向20 90m,可能存在低 阻异常区域,不排除采空区的可能（军山煤业有限 公司煤矿采空区）。 2） ） 北一下盘区1001回顺顺层方向视电阻率探 测扇形剖面，根据物探综合探测方向来看,异常区 域一、异常区域二在前进右帮水平方向30 80m、 前进方向0 70m方向，属于低阻异常区，可能出现 滴（淋）水现象。 3） ）北一下盘区1001回顺底板方向视电阻率探 测扇形剖面，根据物探综合探测方向来看,前进右 帮水平方向30 90m、前进方向0 60m,属于低阻 异常区，可能出现涌水现象，不排除采空区的可能。 6.2建议 异常区的划分是相对的，而且划分的主要依据 是视电阻率值的高低，根据鑫岩煤矿煤岩层电性特 征,弓I起电阻率变化的因素是多样的,因此物探结论 存在多解性，物探结果为钻探提供参考资料,建议对 前方区域进一步钻探验证,避免水害事故发生。 第一作者简介郝立彬（1 972 -）,男，工程师。2011年毕业 于辽宁工程技术大学采矿专业，现任东义公司地测防治水 技术科科长。联系电话15035359116。 22