某礦5- 108工作面超前富水性瞬變電磁法探測研究

周 奎

(山西焦煤霍州煤電集團呂能臨化有限公司龐龐塔煤礦， 山西 呂梁 033200)

1 前言

某礦5- 108工作面位于5#煤一采區(qū)左翼，工作面北部為未開采區(qū)域，南部與5#煤回風上山巷相鄰，西部與東部均為未開采區(qū)域。工作面標高1 019～1 079m，該工作面所采煤層為5#煤，煤層厚度為5.8m，其中含一層夾矸，夾矸巖性為炭質(zhì)泥巖。該工作面頂板為2m的細粒砂巖，細粒砂巖上方為5m的砂質(zhì)泥巖；底板為2.8m的粉砂巖，粉砂巖下方為砂質(zhì)泥巖。該工作面在掘進期間共揭露8條斷層，最大的落差為3.7m。其中5- 108二巷揭露2條斷層，5- 108一巷揭露4條斷層，切巷揭露2條斷層，以上揭露的斷層對回采工作面均有一定影響。在掘進過程中由于工作面接近煤層隱伏露頭區(qū)，頂板揭露黃泥層，影響較大，在回采期間必須加強對頂板的控制，預計在回采中還將有小斷層出現(xiàn)。5-108回采工作面的直接充水水源為頂板的砂巖裂隙水，根據(jù)掘進期間揭露的地質(zhì)情況，局部區(qū)域巷道頂板砂巖裂隙相對發(fā)育，裂隙含水。由于該工作面為全井田首采面，初采過程中，頂板砂巖含水層水順采空裂隙涌入工作面內(nèi)，涌水量可能會增大。因此，對該工作面進行了瞬變電磁法數(shù)據(jù)采集工作。

2 測點布置及現(xiàn)場施工方法

該工作面為矩形巷道，巷高約5.8m，巷道采用錨網(wǎng)梁聯(lián)合支護，探測時的5- 108一巷、5- 108二巷局部區(qū)域積水，巷道內(nèi)有皮帶、道軌、電機等低阻體對本次探測也有一定干擾，對探測數(shù)據(jù)有一定影響。

1) 礦井瞬變電磁法裝置形式及參數(shù)選擇

本次礦井瞬變電磁法勘探采用重疊回線裝置，采用多匝1.5m×1.5m矩形回線，發(fā)射線框10匝，接收線框24匝，疊加次數(shù)64次，時間采用標準時間序列[1-2]。

2) 測點布置與勘探工作量

該次探測測點布置于5- 108一巷、5- 108二巷及切巷順層每20m一個測點，5- 108切巷外側(cè)頂板45°方向布置23個測點，共布置物理測點96個。探測示意圖如圖1所示。

圖1 瞬變電磁法超前探測示意圖

(1) 5- 108一巷順層方向布置物理測點31個，完成數(shù)據(jù)采集點共31個。

(2) 5- 108二巷順層方向布置物理測點31個，完成數(shù)據(jù)采集點共31個。

(3) 5- 108切巷外圍方向布置物理測點11個，完成數(shù)據(jù)采集點共11個。

(4) 5- 108切巷外側(cè)頂板45°方向布置物理測點23個，完成數(shù)據(jù)采集點共23個。

本次探測完成物理測量點總計96個，數(shù)據(jù)采集點總計96個。

3 數(shù)據(jù)分析

圖2、圖3、圖4所示分別為在5- 108二巷、5- 108切巷外側(cè)順層方向和5- 108切巷外側(cè)頂板45°方向探測得到的超前探測視電阻率等值線。

從圖2中的相對視電阻率等值線變化規(guī)律可以看出：在沿5- 108二巷順層探測時，相對視電阻率值總體變化較大，體現(xiàn)異常區(qū)較為明顯，其中最小10Ω·m，最大45Ω·m，本次探測共探測出兩處較為明顯的低阻異常區(qū)。編號為一號異常區(qū)、二號異常區(qū)。

(1)一號異常區(qū)位于5- 108二巷8#測點處到16#點測點處范圍內(nèi)，該區(qū)域呈現(xiàn)一背斜構(gòu)造，是工作面地勢最低的區(qū)域，推斷該異常區(qū)是受頂板砂巖裂隙水影響，該范圍內(nèi)頂板砂巖含水層相對富水性較強。

圖2 5- 108二巷順層(L3線)視電阻率等值線圖

圖3 5- 108切巷順層外側(cè)(L2線)視電阻率等值線圖

圖4 5- 108切巷外側(cè)45°頂板(L4線)視電阻率等值線圖

(2)二號異常區(qū)位于5- 108二巷18#點前42m到18#點前82m范圍內(nèi)，推斷該異常區(qū)是受到附近揭露的2.8m斷層影響所致，該斷層導致異常區(qū)域內(nèi)的煤巖層裂隙較發(fā)育，含裂隙水。

根據(jù)圖3中的相對視電阻率等值線變化規(guī)律可以看出：在沿5- 108切巷順層外側(cè)探測時，相對視電阻率值總體變化較大，體現(xiàn)異常區(qū)較為明顯，其中最小5Ω·m，最大45Ω·m，本次探測共探測出一處較為明顯的低阻異常區(qū)。編號為三號異常區(qū)。

(3) 三號異常區(qū)位于5- 108切巷37#點前121m到37#點前200m范圍內(nèi)，異常范圍在一個背斜軸部，且異常范圍受煤層露頭風氧化影響，推斷異常區(qū)范圍內(nèi)煤巖層裂隙較發(fā)育，相對富水性較強；也不排除受巷道已揭露的H=3.7m斷層影響所致。

根據(jù)圖4中的相對視電阻率等值線變化規(guī)律可以看出：在沿5- 108切巷順層外側(cè)45°頂板探測時，相對視電阻率值總體變化較大，體現(xiàn)異常區(qū)較為明顯，其中最小5Ω·m，最大65Ω·m，本次探測共探測出三處較為明顯的低阻異常區(qū)。編號為一號異常區(qū)、二號異常區(qū)、三號異常區(qū)。

(4) 一號異常區(qū)位于5- 108切巷外側(cè)45°頂板上，推斷該異常區(qū)范圍內(nèi)煤巖層破碎裂隙發(fā)育，含水，該范圍內(nèi)頂板砂巖含水層相對富水性較強。

(5) 二號異常區(qū)位于5- 108切巷外側(cè)45°頂板上，推斷該異常區(qū)是受到附近揭露的H=3.7m斷層影響所致，該斷層導致異常區(qū)域內(nèi)的煤巖層裂隙較發(fā)育，含裂隙水。

(6) 三號異常區(qū)位于5- 108切巷外側(cè)45°頂板上，異常范圍在一個背斜軸部，且異常范圍受煤層露頭風氧化影響，推斷異常區(qū)范圍內(nèi)煤巖層裂隙較發(fā)育，相對富水性較強；也不排除受巷道已揭露的H=3.7m斷層影響所致。

4 探測重點注意事項

由于物探資料存在多解性，且影響視電阻率的因素較多，受外界干擾較大，現(xiàn)場低阻干擾物對探測成果有直接影響。因此，探測時重點注意以下方面：

(1) 加強對5- 108二巷、5- 108切巷外側(cè)和5- 108切巷外側(cè)45°頂板6處異常區(qū)進行鉆探查明。

(2) 重點針對5- 108二巷一號異常區(qū)影響范圍進行探測，查明異常區(qū)范圍內(nèi)頂板砂巖含水層富水情況及斷層等構(gòu)造導水情況。

(3) 初采初放頂板砂巖含水層過程中確保工作面排水管路、水溝等暢通。水倉排水能力達到《煤礦防治水規(guī)定》相關要求[3-4]。

5 結(jié)論

本文采用瞬變電磁法，對工作面進行探測，探測表明該工作面需要注意工作面內(nèi)部低阻異常區(qū)域，本次探測發(fā)現(xiàn)6處低阻異常區(qū)域，異常區(qū)很可能是受切巷已揭露斷層影響所致，異常范圍相對富水。同時由于物探資料存在多解性，且影響視電阻率大小的因素較多，提出了探測時重點注意事項。