煤巷空间地质异常体超前综合物探研究与应用.pdf

2 0 1 6年第 2期 童 瞧蕉 斜披 1 4 3 煤巷空间地质异常体超前综合物探研究与应用 张孝广 中煤科X - 集团重庆研究院有限公司，重庆 4 0 0 0 3 9 摘要在煤矿开采过程中，8 0 ％以上事故发生在煤巷掘进中，主要原因是对井下地质条件不清，盲目 掘进。为解决重点 区域掘进过程中透水突泥，煤岩突出，冲击地压等地质异常灾害，很有必要开展煤巷综合物探研究。本文主要介绍地震反 射 波、瞬变电磁 、直流电法在成庄矿 5 3 1 2巷综合超前探 测 中具体研究应用与揭露验证 ，保障 了井巷 安全快速高效掘进 。 关键词 综合物探地震波超前探 测 瞬 变电磁 直流电法 中图分 类号P 6 3 1 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 6 2 The a p pl i e d r e s e ar c h of f o r e de t e c t i ng g e o l o g i c ab nor m a l b od y wi t h c ompr e he ns i ve g e o ph ys i c a l pr o s pe c t i ng me t h od i n c oa l r o a dwa y s pa c e Zh a ng Xi a o g u a n g C h i n a C o a l T e c h n o l o g y E n g i n e e r i n g G r o u p C h o n g q i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e， C h o n g q i n g 4 0 0 0 3 9 Ab s t r a c t I n t h e p r o c e s s o f c o a l m i n i n g ， mo r e t h a n 8 0 ％ o f t h e a c c i d e n t i n d r i v a g e r o a d wa y , m a i n l y f o r t h e u n c l e a r u n d e r g r o u n d g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s ， b l i n d t u n n e l i n g ． T o s o l v e t h e p r o b l e m i n t h e p r o c e s s o f e x c a v a t i n g p e r m e a b l e c l a y ,c o a l a n d r o c k ， g e o l o g i c a l d i s a s t e r s ， s u c h a s i mp a c t g r o u n d p r e s s u r e ， i t i s n e c e s s a r y t o c a r r y o u t t h e i n t e g r a t e d g e o p h y s i c a l r e s e a r c h ． T h i s p a p e r m a i n l y i n t r o d u c e s t h e s e i s mi c r e fle c t i o n wa v e ， t r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c ， d i r e c t c u r r e n t me t h o d i n Ch e n g z h u a n g c o a l mi n e o f l a n e 5 3 1 2 c o mp r e h e n s i v e g e o p h y s i c a l f o r e d e t e c t i n g o f s p e c i fic a p p l i c a t i o n a n d v e r i fi c a t i o n ， t o e n s u r e t h e s a f e t y o f mi n e t u n n e l i n g a n d e ffic i e n t l y ． Ke y wo r ds c o mp r e h e n s i v e g e o p h y s i c a l p r o s p e c t i n g s e i s m i c - wa v e a d v a n c e d d e t e c t i o n t h e t r a n s i e n t e l e c t r o m a g n e t i c me t h o d d i r e c t c u r r e n t me t h o d 2 0 0 7年山西省第六地质工程勘察院对成庄矿 5 盘区 3号煤层进行了补充三维地震勘探，由于三维 地震勘探对煤层破碎区、应力集中区、瓦斯积聚区、 勘探区边界的半覆盖区域的构造，控制程度较差 ， 根据实际揭露和探测情况证实 ，往往有遗漏。井下 还必须用其他物探方法、井巷工程和钻探等探测手 段进行补充勘探和验证 ，最终确定是否存在有地质 构造，可为煤矿安全快速掘进提供地质信息技术保 障。 1 施工区域概况 5 3 1 2工作 面位于 5盘区北部 ，该盘 区位于井 田西北部 ，北部 、西部均以井 田边界为界，存在 老窑采空区，南部以四盘 区北部边界为界 ， 东部以 二、三盘区为界，盘区内通过 5 3 0 2 、5 3 0 3 、5 3 0 4 、 5 3 0 5 、5 3 0 6巷与各工作面沟通 见图 1 。该工作 收稿 日期2 0 1 5 - 1 1 - 2 3 作者简介张孝广 1 9 8 3 一 ，男，助理工程师，矿业工程硕士 主要从事矿井地质工程研究。 面内无大的断层构造 ，主要受一宽缓背斜控制，背 斜轴部距停采线 3 5 0 m左右，主采山西组下部 3 号 煤层，均厚 6 ． 1 m， 老顶以石英、长石为主的中砂岩 ， 呈灰色，分选较好 ，泥质胶结完整 ，直接顶为砂质 泥岩，灰黑色，无层理 ，质软。直接底为砂质泥岩 ， 灰黑色，局部见层理，质坚硬。由于顶底板岩性软 硬互层，软弱岩石在水的作用下，易发生软化 ，从 而会降低顶板的稳定性 ，易引起塌方事故。 图 1 5 3 1 2巷综合物探施工 区域概况 图 2 综合物探超前探测研究应用 根据三维地震勘探资料，该工作面发育陷落柱 2 0 1 6年第 2期 ，撼茬 料披 1 4 5 移 、按顺序采集数据。共完成 3 站 7 2 个物理点。 由图 6直流电法勘探结果可以看出，探测范围内， 相对低阻异常区位于掘进头正前方 4 2 ． 5 ～ 4 4 ． 5 m段和 7 1 ． 9 ～ 7 7 ． 3 m段。4 2 ． 5 - 4 4 ． 5 m段范围很小 ，可能系岩 层相对破碎 、裂隙发育引起。7 1 ． 9 ～ 7 7 ． 3 m段低阻区 范围较小、视电阻率相对稍低，可能系岩层相对破 碎 、裂隙发育或少量富水引起。对比地震波探测 ， 推断可能由于小断层 F 7 9造成煤岩相对破碎 ，含有 裂隙水，显示低阻效应 ，其他相对高阻区域岩层赋 水性较弱。而 4 2 ． 5 ～ 4 4 ． 5 m异常与瞬变电磁勘探掘进 头前方 3 0 - 4 5 m的底板下方 1 0 ～ 3 0 m区域相对低阻 异常区相吻合。通过煤岩体 电性异常推断前方地质 构造或水文异常区，可以指导矿井安全快速掘进生 3 结论 1 综合地震波、瞬变电磁和直流电法勘探 技术对比分析 ，认为 5 3 l 2 工作面进风巷前方 1 0 0 m 范围内岩层赋水性较弱，而 6 9 ～ 7 4 m段岩层可能相 对破碎或存在小断层断裂破碎带 ，该区域含有裂隙 水 ，掘进时可能有滴、淋水现象 ，但对巷道安全掘 进影响较小。综合物探技术可以为井巷安全快速高 效掘进提供地质信息保障与技术支持。 2 井下物探技术正在朝着综合性 、多参数、 多方法、三维性综合方向发展 ，这对于提高地质解 释定位精度有重要参考意义 ，也将是开发研制多功 能 、高精度 、综合型仪器发展的方向。 【 参考文献 】 [ 1 ] 郝治 国，贾树林，文群林 ． 综合物探 方法在采 空 区及 富水性探 测 中的应用 f J ] ． 物探 与化探， 2 0 1 2 ， 3 6 增刊 1 0 2 ． 1 0 5 ． [ 2 ] 杨思通，程久龙 ． 煤巷地震超前探测数值模拟及 波场特征研究 [ J ] ． 煤炭报 ， 2 0 1 0 ， 3 5 1 0 3 3 3 7 [ 3] 张平松，刘盛东． 断层构造在矿井工作面震波C T 反演中的特征显现 [ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 0 6 ， 3 1 1 3 5 - 3 9 ． 李 萍． 煤矿井下综合物探超前探测技术与应用 [ J ] ． 煤 田地质与勘探 ，2 0 1 2 ， 4 0 4 7 5 ． 7 8 ． [ 4] 李洪嘉，闫绍波，张超 ． 综合物探技术在煤矿采 空区探测 中的应用研究 [ J 】 _ 工程地球物理学报， 2 0 1 4 ， l 1 5 7 1 5 - 7 2 0 ． [ 5] 孙庆先，安晋松，牟义等 ． 地面与井下物探联合 精细探测小型断层 [ J ] ． 煤矿开采2 0 1 4 ， 1 9 6 2 5 2 8 上接 第 1 4 2页 物探共解释断层 2 1 条 ，现验证断层 4 条。 1 1 1 6 1 1 运顺 S F 3 正断层 ， H 0 ～ 3 0 m。 根据三维物探资料 ，预计在 Y1 8 点向前 8 8 ． 5 m揭露 该断层，实际在 Y1 8 点 向前 1 8 ． 5 m 揭露一正断层 H 2 5 m。从实际揭露资料分析，断层的性质、 落差相符 ，但预测位置与实际不符 ，平面上揭露断 层的位置较三维物探资料提前 7 0 m。 2 1 1 6 0 9外 工作 面 K F 8 正 断层 0 ～ 1 5 m 断层走 向N E S W，延展长度 5 5 0 m。根据三维物探 资料，1 1 6 0 9 运顺侧预计在 Y9 点处揭露该断层 ，落 差 8 m，巷道施工至该 区段 附近，煤层无明显的错 断现象 ，仅表现为层滑发育 ，煤层松软破碎，应力 集中。 3 1 1 6 0 9 外切眼 K F 9逆断层 H 0 ～ 8 m。 根据三维物探资料 ，预计在轨顺切眼开 口 1 8 m处揭 露该断层，实际在轨顺切眼开口 1 7 ． 5 m处揭露一正 断层 H 3 ． 5 m；轨顺切 眼开 口3 2 ． 5 m处又揭露 一 正断层 4 m ，切眼实际揭露资料证明，三维 地震勘探资料所提供 K F 9 断层的错断形态、断层的 位置、累计落差基本相符 ，但断层的性质不符。 41 1 6 1 1 运 顺 K F 1 2正 断 层 H 0 - 1 0 m。 根据 三维物探资料 ，预计 1 1 6 1 1 运顺 Y 2 1 点 向前 2 5 m处为该断层的延伸尖灭部位，实际在该处揭露 一 正断层，断层的产状、落差与三维物探资料相符。 从验证资料分析，在贵州喀斯特地貌较复杂的地表 条件下进行三维物探 ，物探成果精度与华北地区三 维物探差别较大 ，在贵州青龙煤矿落差 8 ． 0 m 以上 的断层及幅度 1 0 m以上的褶曲相对可靠， 总体来说 ， 这些构造的查出，为工作面的设计及瓦斯治理 、巷 道揭煤提供了可靠的地质资料。 6 ． 2 煤层验证情况 据实际揭露 1 6煤层资料分析，正常范围实际 揭露的 l 6 煤层底板标高与三维物探煤层底板标高 相差 ． 5 - 7 m，在断层附近煤层底板标高相差较大。 深度误差约为 3 ． 5 ～ 5 ． 5％。 7 结束语 青龙煤矿一采区东北部三维地震勘探方法的尝 下转第 1 4 8页