物探在西山煤電燃料運(yùn)輸工程施工中的運(yùn)用

詹衛(wèi)榮

（中鼎國(guó)際礦山隧道分公司，江西 南昌 330096）

西山煤電燃料運(yùn)輸工程為山西省重點(diǎn)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)年輸煤量3 Mt／a，東起東曲煤礦工業(yè)廣場(chǎng)，西至屯蘭煤礦工業(yè)廣場(chǎng)，總長(zhǎng)度7919m。輸煤通道距地面垂高63～80m，上方地面為東曲選煤廠廠房、煤倉、鐵路、公路和汾河。輸煤通道斷面為半圓拱形式，掘?qū)?.4m，掘高4.3m，斷面22.8m2，采用U 型支架、網(wǎng)噴、鋼筋砼聯(lián)合支護(hù)。

通道穿越地層為峰峰組石灰?guī)r、泥灰?guī)r及石膏層，該地層質(zhì)軟、極易破碎、遇水軟化呈泥糊狀，易坍塌。通道需穿過汾河段1867m，中部為古交大斷層，且第四系砂礫石（Q）直接與峰峰組（O2f）石灰?guī)r接觸，導(dǎo)致地表水、孔隙水及下部巖溶水上下貫通，富水性強(qiáng)。為了確保施工安全，根據(jù)“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，在施工中采用先物探后鉆探的方法，超前物探采用井下工作面瞬變電磁法和瑞利波法兩種物探方法。

1 瞬變電磁法

1.1 探測(cè)原理及選用儀器

瞬變電磁法探測(cè)方法利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，一次磁場(chǎng)在巖層周圍傳播過程中，如遇到地下巖層良導(dǎo)電的地質(zhì)體，將在其內(nèi)部激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成二次電流（渦流），由于二次電流隨時(shí)間變化在其周圍又產(chǎn)生新的磁場(chǎng)，稱為二次磁場(chǎng)。二次磁場(chǎng)主要來源于良導(dǎo)電巖層地質(zhì)體的感應(yīng)電流，它包含著與地質(zhì)體有關(guān)的地質(zhì)信息，二次磁場(chǎng)通過接收回線觀測(cè)，并對(duì)觀測(cè)的數(shù)據(jù)庫通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和處理，分析相關(guān)地下巖層地質(zhì)體的相關(guān)物理參數(shù)，得出巖層地質(zhì)情況。

在該工程中探測(cè)選用儀器為YCS40-1型瞬變電磁測(cè)深儀，該儀器對(duì)低阻充水破碎帶反映特別靈敏、體積效應(yīng)小、縱橫向分辨率高，且具施工方便、快捷、效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以用于煤礦掘進(jìn)頭前方，也可以用于巷道側(cè)幫、煤層頂、底板等探測(cè)。

1.2 數(shù)據(jù)采集及儀器參數(shù)

數(shù)據(jù)采集采用YCS40-1本安型礦用瞬變電磁儀。儀器及裝置相關(guān)采集參數(shù)如下：

（1）儀器參數(shù)設(shè)置：發(fā)射電壓為6 V；發(fā)射頻率8.3 Hz；疊加次數(shù)為128；抑制系數(shù)為3；測(cè)道數(shù)為20。

（2）裝置參數(shù)設(shè)置：發(fā)射線框的邊長(zhǎng)為2.0m；匝數(shù)為18；電阻要求≤10；接收回線邊長(zhǎng)為2.0m；匝數(shù)為36。

1.3 資料解釋成果

瞬變電磁法的資料解釋工作，主要是根據(jù)瞬變電磁響應(yīng)的時(shí)間特性和剖面曲線特征以及測(cè)區(qū)的地質(zhì)、地球物理特征，通過分析研究，劃分出背景場(chǎng)及異常場(chǎng)，并從各類異常中確定與導(dǎo)電體有關(guān)的異常。

圖1 運(yùn)煤通道K+962m 處瞬變電磁探測(cè)成果

圖1是為 運(yùn)煤通道K+962m 處探測(cè)的視電阻率擬斷面圖與對(duì)應(yīng)的色標(biāo)。圖中不同的顏色表示不同的視電阻值，并呈從冷色調(diào)到暖色調(diào)升高的規(guī)律分布。因此填充了不同顏色的該斷面圖可以更直觀的判斷探測(cè)區(qū)域電阻率的分布情況。視電阻率等值線結(jié)果中顯示了掘進(jìn)頭前方90m范圍內(nèi)視電阻率的大致分布?？傮w上看，等值線的分布差異不大，兩幫呈現(xiàn)低阻反應(yīng)，說明兩幫有相對(duì)低阻帶，中間部分呈現(xiàn)中阻和中高阻反應(yīng)，且連續(xù)，相對(duì)前幾次探測(cè)結(jié)果，分析這次為相對(duì)高阻，巖層相對(duì)干燥，含水率較低。

通過對(duì)瞬變電探測(cè)的成果圖分析得出：掘進(jìn)前方10～90m﹝K+972～1052m﹞范圍，其中前方36～73m﹝K+998～1035m﹞呈現(xiàn)為低阻異常區(qū)，分析該段巖層含水。

另據(jù)施工時(shí)反映巷道的左幫有出水點(diǎn)，又在里程860 m 左幫為起點(diǎn)到里程700m 左幫之間布置一條測(cè)線，測(cè)線長(zhǎng)160m。

圖2 運(yùn)煤通道東曲標(biāo)段860～700m 處左幫瞬變電磁探測(cè)成果

圖2是本次探測(cè)的運(yùn)煤通道K+860～700m 處左幫瞬變電磁探測(cè)成果?？傮w上看，等值線的分布差異較大，里程K+850～845m，深度35～70m 范圍內(nèi)；里程K+810～795m，深度50～83m 范圍內(nèi)；里程K+782～710m，深度43～82m 范圍內(nèi)，以上三處范圍視電阻率呈現(xiàn)低阻反應(yīng)，分析可能以上范圍是含水地質(zhì)構(gòu)造或含水地層。

2 瑞利波法

2.1 瑞利波法探測(cè)方法及選用儀器

在井下巷道中等距布置多個(gè)接受傳感器，再在施工作業(yè)面產(chǎn)生一定帶寬的脈沖震源，脈沖彈性波信號(hào)通過接受傳感器被瑞利波儀的記錄、采集，利用FFT 和頻譜分析技術(shù)，得到紀(jì)錄信號(hào)在不同頻率下瑞利波在傳播過程中產(chǎn)生的相位差，根據(jù)多路不同頻率信號(hào)的相位差來分析相關(guān)地下巖層地質(zhì)體的相關(guān)物理參數(shù)，得出巖層地質(zhì)情況。

瑞利波探測(cè)技術(shù)應(yīng)視井下現(xiàn)場(chǎng)施工情況來確定間距△x，根據(jù)運(yùn)煤通道施工現(xiàn)場(chǎng)情況本次超前探測(cè)選用△x=1m。

探測(cè)選用西安煤炭科學(xué)研究院研制生產(chǎn)的YTR﹙D﹚瑞利波探測(cè)儀。該探測(cè)儀探測(cè)深度可以在3～80 m 的范圍，具有體積不大、重量輕、施用方便、性能特別穩(wěn)定和探測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 瑞利波探測(cè)成果

在運(yùn)煤通道K+962m 工作面探測(cè)，井下采集數(shù)據(jù)后地面經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件處理得到成果（見圖3）。

圖3 運(yùn)煤通道K+段962m 處瑞利波探測(cè)成果

從圖3可以看出，分層曲線的一致性較好。從分層曲線反映有多處不規(guī)則反射界面，分析14～30m﹙K+976～992m﹚和49～70m﹙K+1011～1032m﹚有異常。

3 結(jié)語

通過上述兩種方法綜合分析得出：掘進(jìn)頭前方49～70 m﹙K+1011～1032m）范圍內(nèi)有地質(zhì)異常，上述范圍內(nèi)可能裂隙發(fā)育帶或含水地層。

根據(jù)物探的結(jié)果，在施工K+1011～1032m 異常段前再用鉆探探測(cè)，鉆探后探工作面涌水達(dá)到達(dá)21.4m3／h，工作面采用水泥-水玻璃雙液預(yù)注漿堵水施工技術(shù)，成功地穿過了該地段，保證了施工安全，確保了施工質(zhì)量。為了保證物探有20m 的超前距，需將巷道施工到K+1032m前再進(jìn)行以上物探。

西山煤電燃料運(yùn)輸工程在過汾河段施工中未發(fā)生事故，取得了安全、速度快、質(zhì)量好的效果，受到了業(yè)主和監(jiān)理單位的一致好評(píng)。