煤礦巷道超前綜合物探方法在平朔礦區(qū)的應(yīng)用

遲占國，郭森林

(中煤平朔集團有限公司，山西 朔州 036000)

在煤礦老空區(qū)勘探方法中，鉆探是一種常規(guī)作業(yè)手段，但由于鉆探為單軸狀地層揭露，而老窯采空區(qū)一般為小規(guī)模開采，采空區(qū)往往分散獨立，未能形成大面積或大容腔分布的采空區(qū)，因此，鉆孔勘探資料需其與地質(zhì)、物探資料配合解釋，才能提高隱患探測成果的可靠性。

通過綜合物探精細了解和掌握老窯采空區(qū)的分布狀況意義重大，但目前有效探測的高精度物探方法尚未形成。本文擬通過綜合方法試驗嘗試，提出一套適合平朔煤礦巷道物探的技術(shù)方法。

1 試驗的地質(zhì)及地球物理條件

擬開采平朔礦區(qū)井工一礦4109采掘面位于井工一礦4#煤層，煤層厚度在6～10 m，煤層中有夾矸分布。主、輔巷道已掘進至設(shè)計停頭位置，為掌握停頭位置前方以及4#煤層下方9#煤層中是否存在老窯采空區(qū)，在停頭位置向4#煤層左右和前方、9#煤層布設(shè)了多個勘探鉆孔，鉆孔都沒有揭示到老窯采空區(qū)的存在。

4109巷位于4#煤層，巷道呈矩形，上部兩肩略拱;平均高度約4 m，寬度6～7 m;底板直接位于4#煤層底部巖石面。巷道內(nèi)開挖煤壁基本平整，很多地段都有夾矸存在，部分地段煤體松落，側(cè)面和頂部有錨桿、錨索和掛網(wǎng)支護。

在物性參數(shù)上，采空區(qū)彈性波波速較低，尤其是橫波波速呈現(xiàn)急劇變化，由于采空區(qū)賦存水體的存在，在電性參數(shù)上體現(xiàn)為低阻高極化特征。彈性波在傳播過程中遇到波阻抗界面出現(xiàn)反射、散射，極化體激發(fā)極化異常的幅度受異常體積影響較大，因此，各種物探方法的探測能力和分辨精度受異常體積和規(guī)模的影響較大。巷道物探的一個有利條件是接近隱患目標，因此，一般情況下，其探測能力和分辨能力與地面物探相比有較大優(yōu)勢［1－4］。

2 巷道超前綜合物探方法試驗

本次試驗工作在平朔礦區(qū)井工一礦4109采掘面巷道停頭附近展開。試驗包括3種方法:基于彈性波反射方法的地震映像探測法、基于TSP超前預(yù)報系統(tǒng)的停頭前方隱患探測法、基于大定源建場測量的雙頻激電超前預(yù)報法。

本次測量試驗工作累計測試完成工作量見表1。

3 試驗過程

按照實際工作的順序，現(xiàn)場試驗過程描述如下:

3.1 基于彈性波反射方法的地震高密度探測

在4109輔巷面向4108主巷一側(cè)的煤層中布設(shè)噪聲調(diào)查剖面，以了解煤層中彈性波參數(shù)和波列的分布規(guī)律，為彈性波剖面勘探提供物性參數(shù)支撐。實際噪聲剖面調(diào)查長度45 m，實測記錄見圖1。

表1 巷道物探綜合試驗完成工作量一覽表

圖1 4109輔巷煤層彈性波噪聲調(diào)查剖面圖

在4109輔巷底板上布設(shè)噪聲調(diào)查剖面，以了解底板巖層中彈性波參數(shù)和波列的分布規(guī)律，為彈性波剖面勘探提供物性參數(shù)支撐。實際噪聲剖面調(diào)查長度50 m，實測記錄見圖2。

圖2 4109輔巷底板彈性波噪聲調(diào)查剖面圖

以噪聲調(diào)查剖面為參考，選擇相應(yīng)傳感器和作業(yè)參數(shù)進行剖面勘探。分別在4109輔巷中完成兩側(cè)壁和底板3條剖面、4109主巷中完成側(cè)壁和底板2條剖面勘探。剖面勘探資料見圖3～7。

圖3 4109輔運巷側(cè)壁面向4108主巷波形剖面圖

3.2 基于TSP超前預(yù)報系統(tǒng)的停頭前方隱患探測

TSP超前預(yù)報分別在4109主、輔巷停頭附近展開，根據(jù)設(shè)計方案使用24個炮源和2組三分量檢波器進行數(shù)據(jù)采集。共完成2個停頭的超前預(yù)報。

圖4 4109主運巷底板彈性波探測波剖面圖

圖5 4109輔運巷底板彈性波探測波剖面圖

圖6 4109輔運巷面向4109主巷側(cè)壁波形剖面圖

圖7 4109主運巷面向4109輔運巷側(cè)壁波形剖面圖

4109主、輔運巷原始波形記錄見圖8，9。

第三，科技發(fā)展為違法犯罪提供了更高明的手段，新型犯罪不斷涌現(xiàn)?？萍及l(fā)展不僅為警察破案提供了科技手段，也為違法和犯罪者提供了更高明的工具，而且科技發(fā)展使得大量新型犯罪不斷涌現(xiàn)。比如，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)犯罪出現(xiàn)并且呈逐漸遞增的趨勢。再比如，通訊技術(shù)的發(fā)展，為電信詐騙提供了工具。

3.3 基于大定源建場測量的雙頻激電超前預(yù)報

大定源建場測量工作模式是為了適應(yīng)煤礦井巷物探工作需要而設(shè)計的一種新技術(shù)，采用雙頻激電原理，在地面供電建立覆蓋擬探測井巷區(qū)間的電場，在巷道內(nèi)進行觀測和實時預(yù)警預(yù)報。根據(jù)電場異常和激發(fā)極化異常(幅頻率)特征預(yù)測巷道停頭前方一定區(qū)域內(nèi)的儲水構(gòu)造。儲水構(gòu)造的尺度越大，可預(yù)測預(yù)報的距離也越大。

圖8 4109輔運巷TSP實測記錄示意圖(x分量)

圖9 4109主運巷TSP實測記錄示意圖(z分量)

基于4109主輔巷的測試試驗分別建立了兩個地面場源。在主運巷測量中，供電電極AB平行于巷道軸向，AB=693.3 m，地面水平偏移巷道距離為50 m，覆蓋測量區(qū)間以巷道停頭為起點(0 m)回退200 m，測量區(qū)間正好在AB投影中間段;在輔運巷測量中，供電電極AB正好位于輔運巷之投影上，AB=686.0 m，擬測區(qū)間位于AB覆蓋范圍中段。

測試之前，AB供電(供電電流1.5 A)，對MN極距對觀測數(shù)據(jù)的影響進行了測試，見表2。

表2 MN極距對觀測數(shù)據(jù)影響試驗記錄表

由表2表明，地面供電電路1.5 A時，深度大于200 m的井巷內(nèi)能夠觀測到有效的電位差記錄，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

基于60 m的MN極距，對4109主、輔運巷開展了雙頻激電測試工作，形成了測試數(shù)據(jù)。

4 測試數(shù)據(jù)分析與解釋

4.1 彈性波連續(xù)剖面測量

4109主運巷底板以巷道停頭為參照，倒退61 m處，底板可能存在小斷層或底板脫空，深度小于10 m，影響范圍在10 m左右。

4.2 TSP 超前預(yù)報

4109控制采掘面(4#煤層)在主、輔運巷一側(cè)50 m深度范圍內(nèi)無大規(guī)模構(gòu)造或采空區(qū)存在。

4.3 大定源建場雙頻激電測量

主運巷開挖巷道附近的4#煤層沒有發(fā)現(xiàn)明顯異常，存在儲水采空區(qū)的可能性小。

輔運巷停頭前方可能存在一定規(guī)模儲水構(gòu)造，若向前方掘進應(yīng)注意。

5 結(jié)論及建議

主運巷底板以巷道停頭為參照，倒退61 m處，底板可能存在小斷層、薄底板或底板脫空，深度范圍10～20 m，影響范圍在10 m左右。建議鉆孔或鉆探揭示，施工過程中采取一定防范措施，以精確了解地質(zhì)狀況，為后續(xù)物探方法改進提供參照依據(jù)。

4109主、輔兩掘進巷道前方100 m范圍內(nèi)，在4#煤層中均沒有大規(guī)模構(gòu)造或采空區(qū)存在。

4109采掘面(4#煤層)在主、輔運巷一側(cè)50 m深度范圍內(nèi)無大規(guī)模構(gòu)造或采空區(qū)存在。

4109輔運巷裂隙或小斷層發(fā)育情況要較主運巷復(fù)雜，主要存在位置在停頭前方70～100 m處。

4109輔運巷停頭前方可能存在一定規(guī)模儲水構(gòu)造，若向前方掘進應(yīng)予注意。

［1］段天柱，趙洪月，胡運兵，等.煤礦掘進巷道地震反射波超前探測技術(shù)及應(yīng)用［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2013(12):85－87.

［2］李維宏.TSP超前預(yù)報在新萬山寺隧道涌水災(zāi)害防治中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2010(02):27－28.

［3］董海杰，李 飛，謝 俊，等.巷道掘進中地震超前探測波場特征研究［J］.煤礦安全，2013(01):31－33.

［4］徐冰寒.綜合物探技術(shù)超前探測迎頭前方老空巷道［J］.煤礦安全，2013(10):20－21.