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    基于綜合物探技術(shù)的地質(zhì)構(gòu)造帶探測(cè)分析

    2019-07-15 00:52:14程鳳飛
    山東煤炭科技 2019年6期
    關(guān)鍵詞:順層電阻率電磁

    程鳳飛

    (山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司寺河煤礦,山西 晉城 048200)

    1 工作面概況

    寺河礦W3308綜采工作面地面位置位于新南坡村、南嶺后村以西,三水溝以東北,大南坡村以東,馬莊前村以西南;井下位置西南為W3301工作面(已采),西部為w3309工作面(正掘),東為西二盤區(qū)巷道及采面(正掘),南部為西三盤區(qū)集中回風(fēng)巷。工作面平均長(zhǎng)度1038.5m,平均寬度256.0m,回采煤層為3#煤層,煤層平均厚度為6m。

    工作面處于奧灰承壓水區(qū)域,奧灰水位標(biāo)高在+515m左右,3#煤層底板標(biāo)高為+420~+454m,奧灰水位高出3#煤層底板61~95m,水壓為0.61~0.95MPa, 突 水 系 數(shù) 0.0061~0.0095MPa/m,突水系數(shù)T<0.06MPa/m。3#煤層底板距奧灰?guī)r頂面厚度在100m左右,且之間的巖性主要為泥巖,具有良好的隔水性,在無(wú)構(gòu)造溝通情況下,一般不會(huì)有底板突水危險(xiǎn),其突水主要危險(xiǎn)表現(xiàn)在導(dǎo)水?dāng)鄬影l(fā)育地帶,其次為頂板砂巖裂隙水及生產(chǎn)用水。工作面正常掘進(jìn)過(guò)程中涌水來(lái)源主要為3#煤層上覆砂巖裂隙水,此含水層主要以靜水量為主,該裂隙水將隨著頂板垮落而滲入工作面,涌水量預(yù)計(jì)為5~15m3/h。

    2 巷瞬變電磁法探測(cè)分析

    2.1 探測(cè)方案

    W3308綜采工作面采用巷瞬變電磁法對(duì)地質(zhì)構(gòu)造帶進(jìn)行探測(cè)分析。每條巷道內(nèi)布置4條測(cè)線,測(cè)線角度分別為頂板45°、順層、底板45°方向測(cè)線,其工作面探測(cè)示意圖如圖1所示。33081巷測(cè)線長(zhǎng)度為1120m,33083巷測(cè)線長(zhǎng)度為1120m,測(cè)點(diǎn)間隔20m,兩條巷道共計(jì)探測(cè)長(zhǎng)度2240m,工作面探測(cè)方向及探測(cè)任務(wù)如表1所示。

    2.2 探測(cè)結(jié)果分析

    通過(guò)探測(cè)巖層電性特征視電阻率在0~200Ω之間,結(jié)合W3308工作面順槽掘進(jìn)過(guò)程中物探超前探測(cè)實(shí)際揭露的地質(zhì)情況和現(xiàn)場(chǎng)干擾情況,推斷W3308工作面內(nèi)視電阻率高于200Ω的區(qū)域可能由構(gòu)造或現(xiàn)場(chǎng)干擾引起,故作為高阻異常體圈出。

    井下采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)反演計(jì)算處理后,主要形成各探測(cè)方向二維電阻率剖面圖,通過(guò)該圖分析W3308工作面煤層頂板巖層富水區(qū)分布情況。

    圖1 工作面探測(cè)示意圖

    表1 W3308工作面探測(cè)方向及探測(cè)任務(wù)

    2.2.1 33083巷探測(cè)結(jié)果分析

    圖2為W3308工作面33083巷各測(cè)線礦井瞬變電磁法探測(cè)視電阻率等值線擬斷面圖,圖中橫坐標(biāo)0點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)W3308工作面切眼位置,縱坐標(biāo)軸為沿探測(cè)方向的距離(50表示順槽向工作面探測(cè)方向以里50m位置,以此類推),橫坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)巷道測(cè)線長(zhǎng)度。圖中0~100表示不同的視電阻率值,即從0~100表示電阻率不斷升高。

    從瞬變電磁探測(cè)結(jié)果看,33083巷順層和頂板方向發(fā)現(xiàn)明顯有效高阻異常,圖中切眼附近高阻區(qū)域?yàn)殡娏Ω蓴_引起。在順層、頂板和底板均發(fā)現(xiàn)高阻異常區(qū),命名為高阻異常1、高阻異常2和高阻異常3。高阻異常1位于距離切眼650~720m處,高阻異常2位于距離切眼800~960m處,低阻異常3位于距離切眼1000~1050m處。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)和地質(zhì)資料分析結(jié)果為高阻異常均推斷為地質(zhì)異常體或斷層影響。

    圖2 33083巷瞬變電磁法探測(cè)視電阻率等值線擬斷面圖

    2.2.2 33081巷探測(cè)結(jié)果分析

    圖3為W3308工作面33081巷各測(cè)線礦井瞬變電磁法探測(cè)視電阻率等值線擬斷面圖。

    圖3 33081巷瞬變電磁法探測(cè)視電阻率等值線擬斷面圖

    從瞬變電磁探測(cè)結(jié)果看,33081巷順層和頂板方向發(fā)現(xiàn)明顯有效高阻異常區(qū)域。在順層、頂板和底板均發(fā)現(xiàn)高阻異常區(qū),命名為高阻阻異常A和高阻阻異常B。高阻異常A位于距離切眼520~570m處,高阻異常B位于距離切眼860~910m處。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)和地質(zhì)資料分析結(jié)果為高阻異常均推斷為地質(zhì)異常體或斷層影響,520~570m處裂隙可能引起淋水。

    3 槽波勘探探測(cè)分析

    3.1 探測(cè)方案

    W3308綜采工作面采用槽波勘探對(duì)地質(zhì)構(gòu)造帶進(jìn)行探測(cè)分析。槽波探測(cè)實(shí)際射線分布圖如圖4所示,共設(shè)計(jì)56個(gè)檢波孔,布置在33081巷和33083巷,間距20m,56個(gè)炮孔布置在33081巷和33083巷,炮間距分別為20m。由于33083巷靠近切眼側(cè)280m范圍內(nèi)安設(shè)有設(shè)備列車等機(jī)電設(shè)施,不具備安全放炮的條件,故實(shí)際探測(cè)施工42個(gè)有效炮孔,造成如圖4所示的大范圍的射線空白區(qū)即探測(cè)盲區(qū),該區(qū)間范圍內(nèi)不做有效分析。受射線密度限制,導(dǎo)致靠近探測(cè)邊界兩側(cè)存在射線稀疏區(qū),故該區(qū)間范圍內(nèi)所示異??煽砍潭容^低。

    圖4 W3308工作面槽波探測(cè)實(shí)際射線分布圖

    3.2 探測(cè)結(jié)果分析

    根據(jù)槽波特征,在進(jìn)行槽波能量衰減系數(shù)CT成像過(guò)程中,圈定異常區(qū)6處,如圖5工作面槽波探測(cè)綜合成果圖所示,其中,3處推斷為斷層影響或煤體破碎區(qū),2處推斷為煤體破碎區(qū),1處推斷為賦存有斷層或陷落柱。

    圖5 W3308槽波探測(cè)綜合成果圖

    寺河礦W3308工作面采用槽波透射法進(jìn)行探測(cè),測(cè)線長(zhǎng)度為1100m。經(jīng)過(guò)對(duì)槽波數(shù)據(jù)的分析和處理,再綜合實(shí)際地質(zhì)資料,本次槽波探測(cè)共圈定6處異常區(qū)域。

    (1)圈定的異常2,推斷為巷道揭露的多條斷層,向工作面內(nèi)延伸影響所致。

    (2)圈定的異常3,推斷為賦存有斷層或陷落柱,同時(shí),有一定可能為受采面內(nèi)煤體破碎影響所致,應(yīng)當(dāng)打鉆驗(yàn)證。

    (3)圈定的異常4和異常6,推斷為巷道揭露的FW3308-4走向型斷層,在工作面內(nèi)發(fā)育影響所致,特別是異常5所圈定范圍內(nèi),不能排除存在小型構(gòu)造的可能。

    (4)圈定的異常5,推斷為煤體破碎區(qū),但不能排除在該異常范圍內(nèi)存在小型構(gòu)造的可能。

    (5)受實(shí)際施工布置限制,造成探測(cè)范圍內(nèi)存在射線稀疏區(qū),射線稀疏區(qū)所示范圍內(nèi)所反映的探測(cè)成果,可靠程度較低。

    4 效果驗(yàn)證

    W3308綜采工作面巷瞬變電磁法探測(cè)在順層、頂板和底板發(fā)現(xiàn)高阻異常區(qū)5處,槽波勘探探測(cè)存在異常區(qū)6處。工作面超前物探施工中,發(fā)現(xiàn)異常區(qū)和實(shí)際水文地質(zhì)情況吻合基本能達(dá)到60%以上,沒(méi)有漏報(bào)情況,取得了一定的成果。

    根據(jù)探測(cè)到的異常區(qū)域,施工至異常區(qū)域時(shí)應(yīng)當(dāng)放緩施工速率,分析異常產(chǎn)生的原因,對(duì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域制訂詳細(xì)的作業(yè)規(guī)程。巷道掘進(jìn)后及時(shí)進(jìn)行超前支護(hù),穩(wěn)定后注漿加固提高巷道的承載能力和穩(wěn)定性,保證W3308綜采工作面安全高效生產(chǎn)。

    5 結(jié)論

    (1)W3008工作面采用瞬變電磁法和槽波勘探對(duì)工作面地質(zhì)構(gòu)造帶進(jìn)行探測(cè)。根據(jù)二維電阻率剖面圖可知,在順層、頂板和底板發(fā)現(xiàn)高阻異常區(qū)5處,分別位于距離切眼650~720m、800~960m、1000~1050m、520~570m、860~910m 處;根據(jù)槽波能量衰減系數(shù)CT成像圖可知異常區(qū)6處,其中,3處推斷為斷層影響或煤體破碎區(qū),2處推斷為煤體破碎區(qū),1處推斷為賦存有斷層或陷落柱。

    (2)工作面超前物探施工中,發(fā)現(xiàn)異常區(qū)和實(shí)際水文地質(zhì)情況吻合基本能達(dá)到60%以上,沒(méi)有漏報(bào)情況,取得了一定的成果。但是礦井中的電磁干擾因素較多,井下的輸電線、綜掘機(jī)和其他各種金屬管道對(duì)井下瞬變電磁場(chǎng)的干擾嚴(yán)重,有時(shí)會(huì)使探測(cè)資料無(wú)法利用。槽波勘探也受井下惡劣環(huán)境、多種干擾信號(hào)、布置探測(cè)的空間與通道有限、潮濕以及煤塵等因素的影響,降低了超前探測(cè)的準(zhǔn)確性。

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