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煤炭与化工 Co al and Chemical Industry 第43卷第5期 2020年5月 Vo l.43 No .5 May 2020 地测与水害防治 煤矿准备工作面物探预测与分析 费志超 冀中能源峰峰集团邯郸市瑞达工程设计有限公司，河北邯郸056000 摘要邯邢地区煤层赋存相对平缓，地层的沉积相对清晰，岩层导电特性在横向上比较均 一；纵向上泥岩、砂岩、粉砂岩、灰岩等岩层导电特性差异很大，灰岩含水性往往很高。瞬 变电磁法对高阻穿透性极强，对低阻区域也有较高的分辨能力，这种特性可以为探查灰岩导 水构造提供精确的数据，结合具体钻探施工进行验证，降低回采工作面底板突水风险，封堵 灰岩导水构造，保证工作面的顺利生产。 关键词瞬变电磁法；水文地质；煤矿；工作面底板加固 中图分类号TD745 文献标识码B 文章编号2095-5979 2020 05-0067-03 Geophysical prospecting prediction and analysis of coal preparation working face Fei Zhichao Handan Ruida Engineering Design Corporat ion Lt d., Jizh ong Energy, Handan 056000, Ch ina Abstract The co al seams in Handan and Xing tai reg io ns are relatively calm, the sedimentatio n o f the stratum is relatively clear, the co nductive characteristics o f the litho sphere is relatively unif o rm in the ho rizo ntal; vertical mudsto ne, sandsto ne, siltsto ne, chert and o ther litho spheric co nductive characteristics vary g reatly, chert o f ten has hig h w ater co ntent. The transient electro mag netic metho d has stro ng penetratio n f o r hig h resistance and hig h reso lutio n f o r lo w resistance areas. This f eature can pro vide accurate data f o r ex plo ring the w ater-co nducting structure o f tuf f , and then verif y it in co njunctio n w ith the specif ic drilling co nstructio n to reduce the risk o f sudden w ater in the bo tto m plate o f the reco very surf ace, seal the w aterco nducting structure o f tuf f and ensure the smo o th pro ductio n o f the w o rking surf ace. Key w o rds transient electro mag netic metho d; hydro g eo lo g y; co al mine; w o rking surf ace subf lo o r reinf o rcement 在煤矿生产过程中，底板突水是影响煤炭生产 的主要危害之一。随着采深的增加，开采条件也更 加恶劣，更容易出现突水、淹井等生产事故。为保 证煤矿生产的丿顺利进行，在回采工作面形成后，需 要进行水文地质的综合探查，以此明确底板灰岩的 富水性和导水性。水害事故多发生在工作面回采的 过程中，因此，工作面瞬变电磁技术作为煤矿回采 的预警系统，具有良好的前景。 1矿井瞬变电磁探测技术 1.1瞬变电磁法原理 首先在发射线圈上面提供］个电流方波，在方 波下降瞬间产生1个向发射线圈法线方向的磁场, 在磁场影响下，岩层将产生涡流，岩层的导电特性 决定了涡流大小W O 一次场消失后，涡流将会衰减，这样就会产生 1个二次磁场向地质体内传播下去，接收回线可以 接收二次磁场，二次磁场的变化能够反映岩层的电 性分布情况图1。 根据不同的延迟时间实测二次感应电动势，如 果没有含水岩层，将观测到快速衰减的过程；如果 有含水岩层，在切断电源的瞬间，含水岩层将产生 涡流，实测的衰减速度将会变得很慢，从而发现导 水构造。 责任编辑高小青 DOI 10.19286/ki.cci.2020.05.018 作者简介费志超1988-,男，河北邯郸人，工程师。 引用格式费志超.煤矿准备工作面物探预测与分析［J］・煤炭与化工，2020, 43 5 67-69, 72. 67 2020年第5期 煤炭与化工 第43卷 图1瞬变电磁法原理示意 Fig . 1 Principle o f transient electro mag netic metho d 1.2探测装置 此次物探施工使用的是YCS360瞬变电磁测深 仪，设备对于灰岩含水层反应灵敏、仪器体积较小、 方波携带、纵向分辨率很高、盲区较小。设备可以 存储收集的信号文件，也可以删除记录。能够显示 磁场的波形，对电流进行检测，模数转换器校准, 检测二次涡流场。 2现场应用 2.1 工程概况 峰峰集团梧桐庄矿水文地质条件为极复杂型， 矿井正常涌水量12.3 m3/min,最大涌水量22.7 m3/min。该矿采用立井单水平开拓方式，此次现 场探测测线布置于807工作面回风顺槽、运输丿帧槽 和切眼，探测点距为10 mo地层走向N27。E- N75 E,倾向 NE,倾角 1。- 12 ,平均 6。。2 号煤层顶底板分布有砂岩、细砂岩、页岩、砂质页 岩和灰岩等岩层，灰岩普遍富水性强。 2.2回采工作面测线布置 数据采集前，该工作面停止了一切生产活动， 巷道整体无积水，仅顶板的锚杆和槽钢对数据采集 有一定的干扰，探测条件符合要求。回风顺槽、运 输顺槽和切眼每个点均探测8个方向，顺层、面内 底板20。、面内底板40。、面内底板60。、面内 底板80。、外帮底板80。、外帮底板60。和外帮 底板40。。探测点方向示意如图2所示。 图2探测方向示意 Fig . 2 Ex plo ratio n directio n 68 费志超煤矿准备工作面物探预测与分析2020年第5期 2.3数据分析 灰岩层位如果孔隙少、不含水，则其导电性较 差，局部电阻率值增高；如果灰岩层位含水，由于 其导电性良好，相当于存在局部低电阻率值地质体％ 根据MTEM视电阻率拟断面图，结合水文地质资 料，可确定横向、水平深度和垂向深度电性变化情 况。根据以往探测经验，该矿瞬变电磁探测的低阻 异常区视电阻率值一般小于10o 建立坐标系，运输顺槽与外连巷交口为坐标原 点，沿运输顺槽指向切眼方向为X轴正向，指向 回风顺槽方向为Y轴正向。 通过现场采集数据，用软件得出MTEM视电 阻率分布图，结合该地区水文地质资料，计算出该 工作面横向水平深度和垂向深度电性变化情况，得 出该工作面底板不同深度异常区水平切片空间总体 分布图（图3）,图中根据岩层的电阻率不同有相 对应的颜色进行表示，电阻率越高颜色越深，分析 （1） 煤层底板连通异常区。位于X40 - 70 m, Y3070m,影响深度在煤层底板下20-80 m,与野青石灰岩含水层和山、伏青石灰岩含水层 有一定的水力联系；位于X80 - 110 m, Y35 50 m,影响深度在煤层底板下40 - 60 m,与野青 石灰岩含水层有一定的水力联系；位于X190 230 m, Y35 65 m,影响深度在煤层底板下5 60 m,与野青石灰岩含水层有一定的水力联系。 （2） 野青石灰岩含水层异常区。X90 - 130 m、X160220m、X300 - 360 m 和 X460 -510 m视电阻率值相对较低，分析为该处野青石灰岩含 水层局部富水，但富水性较弱。 （3） 山、伏青石灰岩含水层异常区位于X80 -260 m, Y5 40 m,山、伏青石灰岩含水层层 位，岩层局部富水；位于X300450m, Y10 40 m,山、伏青石灰岩含水层层位，岩层局部富 水；位于 X500 650m, Y1040m,山、伏青 石灰岩含水层层位，岩层局部富水。 可知，探测范围内可能存在3种异常区。 图3底板不同深度异常区水平切片空间总体分布 II離隣位 煤层底板下60 m 泥岩层位 煤层底板下80 m 山、伏青石灰含水层位 Fig . 3 Overall distributio n o f ho rizo ntal slice space o f abno rmal areas at dif f erent depths in the bo tto m plate 241,1 3底板加固验证 此次钻探重点验证瞬变电磁法确定的6处低阻 区域其中位于X4070m, Y3070m,深度 在煤层底板下20 - 80 m,此处钻探出水量为8 mVh,水压4.3 MPa,水温38.5X,其他5处低阻 区域钻探出水量均小于5 5 m3/h,水压小于3 MPa, 水温小于37七。根据底板预注浆加固钻孔实际揭 露情况，该工作面底板隔水层原始状态下岩层完整 性较好，钻孔施工过程中揭露破碎带未出现掉钻、 卡钻现象，也未发现冲洗液漏失。通过注浆加固， 隔水层强度得到提高，变得更加稳定。 经钻孔揭露，2号煤底板隔水层的岩性组合为 中细砂岩、粉砂岩、泥岩等，既有“软岩”较好的 抗渗性，又有“硬岩”较强的抗破性，在通过底板 预注浆加固后，裂隙得到充填，底板隔水层的完整 性得到了增强，隔水能力也得到了进一步提高。 4结语 此次瞬变电磁法探测顺利完成了工作面的底板 富水性分析，找到了6处相对富水性强的灰岩位 置，通过打钻注浆进行灰岩孔隙填充，较好的封堵 了导水裂隙，为工作面正常生产提供了安全保障回 o回采工作面底板瞬变电磁探测技术是维护煤矿整 体安全的一种重要方法，经济实用，可靠性强，为 矿井安全生产提供有力的技术支撑。 （下转第72页） 69 2020年第5期 煤炭与化工 第43卷 温增高。 3 钟离村向斜轴部和工作面运输顺槽外侧 水位啊较高，可能存在其他隐伏导水构造。经过 两期区域治碉井下鲍钻孔依然呈现高水位异 常，野青和山伏青含水层最高水位分别为-68.3 m 和-109.5 m,野青和山伏青等水位线图如图5、图 6所示。 图3野青等水温錢图 Fig . 3 Iso thermal chart o f Yeq mg 图4山伏青等水温线图 图6山伏青等水位线图 Fig . 6 Water co nto ur o f Shanf iiq ing 异常主要集中在向斜轴轴部和运输顺槽外侧2 个区域，通过地面区域治理、井下验证钻孔和后期 的放水试验得知，工作面内部2号煤至奥灰之间不 存在隐伏导水构造，野青和山伏青之间不存在明显 的水力联系，野青、山伏青灰岩含水层主要接受向 斜轴轴部和运输顺槽外侧的侧向补给，运输顺槽外 侧区域治理范围以外仍可能存在隐伏导水构造， 182602工作面薄层灰岩可能接受F3-1断层深部热 水补给，在182602工作面下侧采掘时应再次探査, 防止误揭构造突水。 4结语 梧桐庄矿182602工作面在排除内部导水构造 后，综合分析工作面地质构造轴青、山伏青含水 层水量、水温、水位等值线图，异常区均集中在钟 离村向斜轴部。向斜轴部岩层破碎，深层奥灰水垂 向补给大青、山伏青、野青灰岩含水层，以轴部为 Fig . 4 Iso thennal chart o f Shanf iiq ing 图5野青等水位践图 Fig . 5 Water co nto ur o f Yeq ing 异常源头向工作面内部扩散，工作面内的野青、山 伏青含水层接受侧向水力补给，是本工作面出现水 文异常的根本原因。因此，深部导水构造仍是产生 大水量、高水压、高水温异常区的根本原因，在向 背斜轴部、断层上盘、构造破碎区附近，由于裂隙 发育，富水条件良好，溶蚀作用强烈，存在发育大 型导水构造的条件，在附近采掘时应高度警惕，应 通过钻孔水量、水压、水温指标及各类放水试验综 合判断充水水源和充水通道，然后再采取针对性的 治理方案，解决水文异常等问题。 VWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWVWW 上接第69页 参考文献 -423. 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