掘进工作面综合物探超前探测及应用研究.pdf

2 0 0 8 年 第6 期 河 北 煤 炭 5 掘进工作面综合物探超前探 测 。 及应 用研究 朱建 民 河北 省磁 县六合 E业 有 限公 司 ． 河北 磁县0 5 6 5 0 4 摘 要 采用先进 的探地 雷达 、直流电法、瞬变电磁 等多种物探手段 ，消除 了单一物探方法的 多解性，再结合钻探进行验证 ，查明了工作面 出水点的水源 及导水通道 ，为安全生产提供 了可 靠的地质依据。 关键词综合物探 ；超前探测 ；掘进 ；安全 。 中图分类号P 6 3 1 ． 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 7 - 1 0 8 3 2 0 0 8 0 6 一 O 0 0 5 一 O 1 Re s e a c h o n l e a d i n g s u r v e y a n d a p p l i c a t i o n o f d r i v i n g wo r k f a c e f u l l y p h y s i c s e x p l o r a t i o n Z HU J i a n rai n 1 概况 河北省磁县六合工业有限公司井 田位于河北省 磁县观台镇境 内，岳城水库南岸 。井 田属单斜构 造 ，走向 N E，倾向S E，倾角平均 l 7 。 。地 质构 造主要表现为断裂构造 。多为高角度走 向正断层 。 现开采二叠系山西组2 煤层 ，煤层厚3 ． 5～4 ． 2 m，直 接顶为厚0 ～6 ． 3 mt 3 黑灰色砂质泥岩 ，老顶 为中粒 砂岩 ，厚 3 ． 5～1 7 ． O m 直接底 为黑灰 色泥岩 ，厚 2 ． 7 ～7 ． 0 l n ，老底为中粒砂岩 ，厚3 ． 5～1 2 ． 8 m。 2 煤层顶板含水层主要为2 煤层老顶砂岩裂隙 含水层及部分下石盒子组砂岩裂隙含水层 ，底板含 水层 主要为距2 煤层4 4 m的石炭系野青灰岩含水层 和1 4 0 m的奥陶系石灰岩含水层。 2 出水情况及探测资料分析 2 0 0 7 年6 月 1 7 日上午 ，2 5 0 1 工作面主巷掘进至 I s N点前l 8 m时 ，巷道迎头左帮发生底板一走向裂 隙渗水现象，水量为1 ． 5 m ／h 。由于2 煤层底板出水 在该矿属第一次发生 ，且该地点标高为一 2 9 5 m，承 受底板奥灰水压4 ． 1 5 MP a ，一旦发生奥灰水突水 ， 后果将不堪设想。为确保矿井生产安全，公司领导 果断决策 ，立即停止掘进 ，撤出受水 威胁地 区人 员。 为查明出水情况 ，首先采用防爆探地雷达 ，对 迎头正前方 、上下方及底板进行了探测 ，预测迎头 前方4 6, n , r 1 1 3～1 9 i n 处存在2 个含水异常体 ，从 异常特性分析， 很可能是含水陷落柱。 随后 ，河北 煤炭科学研究所采用三点源法超 前 、电测深及井下瞬变电磁探测技术 ，对巷道迎头 正前 、左前 、右前 、斜上 、斜下及迎头后方底板 、 左帮侧方进行了全方位 、立体探测 。发现迎头前方 0 ～l O m存在同步 电性异常 ，为局部岩层破碎 、含 水 引起 ，不排 除存 在断层构造的可能 ；迎头前方 5 8 ～6 2 m 存在另一处同步电性异常 ，分析为局部岩 层破碎或构造引起，不含水；迎头后方6 m 巷道底 板1 8 m存在低阻含水区。综合分析认为，底板渗水 为断层构造或煤层底板砂岩局部破碎含水引起 ，但 与深部奥灰等强含水层无明显水力联系，探测范围 内无大的富水地质异常存在。 上述探测结果显示，受环境条件及方法特点影 响，不同探测方法结果 入较大。最后 ，矿方又进 行了钻探施 [验证。 首先在巷道正前呈扇形布置3 个钻孔 ，上下帮 各 1 个钻孑 L，孑 L 径5 0 1 11 1 11 ，顺煤层钻深3 0 13 1 ，结果 未发现异常 ， 钻孔所穿范围内均为煤层 ，煤层硬 度也没有变化。其次，在迎头后方1 3 11 1 布置 1 个 孔 ，终孔位于迎头底板 1 5 ml 2 煤老底砂岩 ，结果 未发现异常。在迎头煤层 内又布置2 个孔 ，目的使 下转第2 4 页 2 4 河 北 煤 炭 2 0 0 8 年 第6 期 采用对称 四极电测深法结合音频电透视技术， 通过奥灰顶界面埋深、煤系地层阻水能力、底板隐 伏导水裂隙带和奥灰富水性探测 ，可对采而开采水 文地质条件作} H 评价。 目前 ，这方面存在的主要问题是 1 对巷道环境条件要求 高 ，尤其是巷道直 线长度 、宽度等必须满足布线需要。工作面巷道狭 窄 、多处拐弯、积水 、堆放金属杂物等 ，测点密度 无法保证，重点地段缺少控制 ，探测效果就差。 2电测深测水效果好 ，但 分层难度大。受 井下全空间效应影响，同一标志层在不同测点中的 曲线反映不尽相同。采取有效措施，提高分层效 果 ，是一大技术难题。 3在工作面开采水文地质条件评价中 ，如 何将电测深 、电透视、坑透 、瞬变电磁等探测资料 有机地结合起来 ，进行综合解释 ，是取得理想结果 的重要保 证，也是今后1 作的重点所在。 3 小窑采空区及突水通道探测 应用直流电法 ，地面探测老窑采空区及突水通 道，该技术针对煤矿充水巷道的电性特点，对传统 的中间梯度方法进行 了改进 ，针对不同的地形 、构 造等情况 ，采用小极距探测法有效地提高了测量精 度及效果 。 但是 ，该方法也有其局 限性 ，在地质条件复 杂 、地表地形条件不好 的情况下 ，难以取得理想效 果。如显德汪矿1 7 1 9 工作面探测小矿采空区时 ，就 曾因地形 、地质条件复杂 、测线与巷道夹角太小等 原因漏掉有用异常，漏测小窑巷道。 此外 ，测深小也是其存在的最大问题之一 。一 般情 况下 ，采 用该 技术 有效探 i 贝 4 深度 在2 0 0 m以 浅。而且在有两层 以上采空区同时存在时 ，分层探 测效果无法保证。 4应用展望 1 和其它任何物探方法一样 ，矿井 电法有 其适用条件 ，更有其局限性。只有在条件理想 、现 场及室内工作质量均有保证的前提下 ，才能取得比 较理想的效果。这既需要物探人员和现场技术人员 的密切配合， 更需要多种方法、多种资料的互为补 充 、互为验证。 2 充分利用电法技术对水敏感 的优势 ，进 一 步开发其在深部采区勘探 、采场水文地质条件评 价等研究，并与瞬变电磁 、工作而电透视等配合使 用，拓宽其应用领域及解决问题的范围，可有效地 解决一系列矿井水文地质问题。 3 准确性是一切物探工作的生命 ，没有较 高的准确性 ，物探工作就没有前途 ，这应该是追求 的目标和方 向。 作者简介 李勇 1 9 6 7 一 ，男 ，山西晋城人 ，助理工 程师，河北省煤 田地质局物测地质 队后勤管理 中心 主任。 收稿 日期 2 t o 8 1 1 2 6 ；编辑 毛志 国 翰‘ 冉 翰 ‘ a - ‘ a ‘ ∞翰 ∞‘ 翰 - ‘ - - a ∞‘ a ∞‘ f ∞‘ 翰‘ ‘ ≈ ∞‘ f 翰‘ a 翰‘ 翰‘ 翰‘ a 翰 上接 第5 页 两个钻孔分别穿过两个预测陷落柱 ，结果近部预测 陷落柱探测孔钻进 1 5 m，远部预测陷落柱探测孑 L 钻 进 T4 0 m，均未发现陷落柱及其它导 、含水构造 。 钻探结果充分验征了2 5 0 1 一 r 作面主巷掘进迎头 底板裂隙渗水 水源为2 煤层 老底砂 岩裂隙含水层 水 ，与深部奥灰等强 含水层无水力联系。另外 ，水 质化验结果也证明了这一点。 6 月3 0 日2 5 0 1 主巷恢复掘进 ，至今T作面已回 采2 ／ 3 ，未见任何水文异常。 3 结论 在井下巷道中探测 ，既不是半空间 ，也不完全 是全空间， 卜 j 选用的探洲方法 、探洲的位置、探测 距离都有着密切的关系。因此 ，选择先进的探地雷 达 、直流电法 、瞬变电磁等多种物探方法 ，查明煤 矿复杂水文地质条件下 ，煤层底板 、掘进前方富水 程度及导水通道 ，研究煤矿水文地质条件及地下水 的分布规律 ，并对各种方法对 比分析 、互相验证， 同时利用钻探验证物探成果，才能为保证矿井安全 生产提供可靠的地质依据。 作者简介朱建民 1 9 6 8 一 。男，河北无极人 ，助理 工程师，河北省磁县六台工业有限公司生产技术部从事技术 工 怍。 收稿 日期 2 0 0 8 0 8 2 7 编辑 毛志 国