楊梅山煤礦防治水堅持瞬變電磁法超前探測

彭奇兵

（漣源市應(yīng)急管理局 湖南婁底 417100）

湖南省深化煤礦安全專項整治三年行動將查清隱蔽致災(zāi)因素及強(qiáng)化重大災(zāi)害整治進(jìn)行治本攻堅。水害防治必須做到查清煤礦水害并制定落實有針對性的治理措施，嚴(yán)格執(zhí)行“三專兩探一撤”措施，實施“四線”（積水線、警戒線、探水線、禁采線）“三區(qū)”（禁采區(qū)、緩采區(qū)、可采區(qū)）管理和老空水防治“四步工作法”（查全、探清、放凈、驗準(zhǔn)）。漣源市楊梅山煤礦認(rèn)真貫徹執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水方針，堅持應(yīng)用瞬變電磁法超前探測，對采掘作業(yè)頭面采取物探先行、鉆探驗證的程序，“兩探”相互補(bǔ)充和驗證，顯著提高了礦井水害重大風(fēng)險的管控能力及水害隱患治理水平。

1 基本情況

1.1 概述

楊梅山煤礦位于湖南省漣源市伏口鎮(zhèn)境內(nèi)，走向長1.8 km，傾向?qū)?.7 km，面積7.225 4 km2。始建于1994 年，1995 年投產(chǎn)。設(shè)計生產(chǎn)能力30 萬t/a，核定生產(chǎn)能力30 萬t/a。屬煤與瓦斯突出礦井，礦井水文地質(zhì)條件類型復(fù)雜，煤層自燃傾向性為不易自燃，煤塵無爆炸性危險性。該礦為二級標(biāo)準(zhǔn)化礦井，證照齊全有效，正常生產(chǎn)。

1.2 地質(zhì)概況

（1）地質(zhì)構(gòu)造。礦區(qū)位于渣渡礦區(qū)金盤侖井田，整體呈舒緩單斜構(gòu)造，金盤侖和大成坪兩大斷層在煤層頂板部位貫穿礦區(qū)，對主采煤層無破壞作用。地層走向N15°E，傾角15°～30°，屬中等構(gòu)造類型。

（2）煤層賦存。含煤巖系為下石炭統(tǒng)測水組，含煤3 層。5煤層為主采煤層，淺部3 煤層可采，6 煤層不可采。煤層平均傾角28°，平均煤厚2 m。

（3）礦井水文地質(zhì)。11 采區(qū)水文條件屬中等類型，地表水體不發(fā)育，大氣降水為區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給主要來源，礦坑主要充水水源為測水組砂巖裂隙水及老窯水。12 采區(qū)屬水文復(fù)雜類型，76 線-78 線之間壺天灰?guī)r直接與煤系地層接觸，礦井開采時導(dǎo)水裂縫帶進(jìn)入壺天灰?guī)r，造成壺天灰?guī)r溶洞裂隙水直接潰入井下，見77 線水文地質(zhì)剖面圖（圖1）。礦坑主要充水水源為頂板壺天灰?guī)r水及老窯水，礦井正常涌水量20 m3/h，最大涌水量70 m3/h。

圖1 77 線水文地質(zhì)剖面圖

1.3 生產(chǎn)系統(tǒng)情況

（1）開拓開采。采用平硐-暗斜井開拓，布置主平硐、副井、風(fēng)井、皮帶井共4 個井筒。分3 個水平（+150 m、±0 m、-300 m），現(xiàn)生產(chǎn)水平為+150 m 水平。布置11、12 兩個采區(qū)：11采區(qū)為生產(chǎn)采區(qū)，12 采區(qū)為準(zhǔn)備采區(qū)。現(xiàn)有1131 回采工作面1 個，掘進(jìn)工作面3 個：+240 北大巷（巖巷）掘進(jìn)工作面、1133北機(jī)巷（煤巷）掘進(jìn)工作面、1133 風(fēng)巷（煤巷）掘進(jìn)工作面。

（2）通風(fēng)系統(tǒng)。中央并列式通風(fēng)，風(fēng)井安裝2 臺FBCDZNo18/B 2×90 型礦用隔爆抽出式軸流風(fēng)機(jī)，1 臺工作1 臺備用。礦井總進(jìn)風(fēng)量2 984.4 m3/min，總回風(fēng)量3 087.6 m3/min 。

（3）其余系統(tǒng)。礦井供電、提升運輸、排水系統(tǒng)和安全避險等6 大系統(tǒng)裝備設(shè)施完善，使用正常。

2 瞬變電磁法超前探測地點情況

采用瞬變電磁法進(jìn)行水害超前探測，目的是查清采掘頭面前方及附近積水分布情況。本次探測3 處地點。

（1）+240 m 北大巷（1 號）：由13 號測點前10 m 起探，巷道頂板標(biāo)高+239 m，平距煤層48 m，該巷道作為12 采區(qū)回風(fēng)大巷。巷道層位為5 煤層底板砂巖層位，有少量滴水現(xiàn)象。探測方向為±0°方向，即探測大巷正前方水平切面上含水體的分布情況。

（2）+298 m 南二石門1133 北機(jī)巷右?guī)蛥^(qū)域（2 號）：由1133北機(jī)巷A12 測點前30 m 位置自迎頭向煤斗口進(jìn)行巷道右側(cè)幫上方探測。巷道頂板標(biāo)高+314.8 m，該巷道為1133 北機(jī)巷。探測方向為+30°方向，即探測機(jī)巷右側(cè)幫30°切面上含水體的分布情況。

（3）+360 m 1133 風(fēng)巷（3 號）：由Y18 測點前6 m 位置起探，巷道頂板標(biāo)高+363.2 m。探測方向±0°方向，即探測1133 風(fēng)巷正前方水平切面上含水體的分布情況。

3 瞬變電磁法探測裝備及技術(shù)應(yīng)用

井下數(shù)據(jù)采集使用大功率瞬變電磁儀（型號TEMHZ-75）。采用重疊回線組合裝置，邊長1.5 m 的激發(fā)和接收正方形線圈，激發(fā)線圈匝數(shù)4 匝，接收線圈匝數(shù)40 匝。供電電流檔50 A，供電脈寬10 ms，采樣率16 μs。每個測點至少采用30 次疊加方式提高信噪比，確保采集原始數(shù)據(jù)的可靠性。

測點布置：巷幫探測測點沿巷道軸向排列、作掘進(jìn)迎頭探測，呈扇形布置11 個探測點。

探測方向：對于每個探測點，通過調(diào)整線圈的法線與巷道底板的夾角大小，以達(dá)到探測巷道頂板、水平順層和底板方向上不同圍巖體脈沖電磁場感應(yīng)情況。

通過專用軟件作圖處理及結(jié)合地質(zhì)分析進(jìn)行資料解釋。井下瞬變電磁探測數(shù)據(jù)處理流程：原始數(shù)據(jù)整理—數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與檢查—數(shù)據(jù)處理與解釋—擬二維剖面—Surfer8 成圖，處理得到視電阻率等值線圖。結(jié)合地質(zhì)資料分析，把物探異常轉(zhuǎn)化為地質(zhì)異常。

4 瞬變電磁法超前探測資料解釋

1 號點的探測情況見+240 m 北大巷掘進(jìn)頭等視電阻率剖面圖（水平方向），如圖2 所示。該圖為+240 m 北大巷掘進(jìn)頭正前方、水平方向等視電阻率剖面圖，圖中虛線區(qū)域為低阻異常區(qū)，共獲得低阻異常區(qū)1 處。1# 低阻異常區(qū)位于掘進(jìn)頭0°～45°夾角范圍，相對距離約10 m～70 m 處。

圖2 +240 m 北大巷掘進(jìn)頭等視電阻率剖面圖（水平方向）

2 號點的探測情況見+298 m 南二石門1133 北機(jī)巷右側(cè)幫等視電阻率矩形剖面圖（+30°方向），如圖3 所示。該圖為+298 m 南二石門1133 北機(jī)巷右側(cè)幫，+30°方向等視電阻率探測矩形剖面圖，圖中藍(lán)色區(qū)域為低阻異常區(qū)，共獲得低阻異常區(qū)1 處。1# 低阻異常區(qū)位于側(cè)幫0 m～21 m 走向探測范圍，相對距離約45 m～150 m 處。

圖3 -298 m 南二石門1133 北機(jī)巷右側(cè)幫等視電阻率矩形剖面圖（+30°方向）

3 號點的探測情況見+360 m1133 風(fēng)巷掘進(jìn)頭等視電阻率剖面圖（水平方向），如圖4 所示。該圖為1133 風(fēng)巷掘進(jìn)頭前方、水平方向等視電阻率探測剖面圖，圖中藍(lán)色區(qū)域為低阻異常區(qū)，共獲得低阻異常區(qū)2 處。1# 低阻異常區(qū)位于掘進(jìn)頭0°～80°夾角范圍，相對距離約25 m～150 m 處。2# 低阻異常區(qū)位于掘進(jìn)頭100°～150°夾角范圍，相對距離約50 m～150 m 處。

圖4 1133 風(fēng)巷掘進(jìn)頭等視電阻率剖面圖（水平方向）

5 瞬變電磁法超前探測成果

根據(jù)資料解釋，結(jié)合水文地質(zhì)資料綜合分析，水害探測成果如下。

（1）1 號探測地點：+240 m 北大巷水平方向探測到巷道掘進(jìn)軸線方向0°～45°夾角范圍，存在可疑積水體，分析為5 煤層頂板壺天灰?guī)r水，對掘進(jìn)和回采構(gòu)成水害威脅，必須予以探放處理。

（2）2 號探測地點：+298 m 南二石門1133 北機(jī)巷右側(cè)幫+30°方向探測到其上45 m～150 m 處存在老空積水體，分析其積水標(biāo)高在+366 m 以上，積水走向范圍大于20 m，對1133 北采煤工作面風(fēng)巷掘進(jìn)和回采構(gòu)成水害威脅，必須予以探放處理。

（3）3 號探測地點：1133 風(fēng)巷水平方向探測到巷道掘進(jìn)方向距左幫25 m～150 m 及距右?guī)?0 m～150 m 處存在可疑積水體，分析為底板及頂板砂巖裂隙水，對1133 風(fēng)巷掘進(jìn)和回采不構(gòu)成水害威脅。

將超前探測成果填繪至采掘工程平面圖上，見圖5，可直觀展示積水體的分布位置、積水范圍及與采掘工程的空間關(guān)系。

圖5 物探成果示意圖

6 防治水措施建議

（1）瞬變電磁法超前探測，查明了對施工巷道的水害威脅情況，科學(xué)預(yù)報了掘進(jìn)前方的可疑積水區(qū)分布。據(jù)此煤礦必須按《煤礦防治水細(xì)則》［1］第39 條之規(guī)定（嚴(yán)格執(zhí)行井下探放水“兩探”要求。采掘工作面超前探放水應(yīng)當(dāng)同時采用鉆探、物探兩種方法，做到相互驗證，查清采掘工作面及周邊老空水、含水層富水性以及地質(zhì)構(gòu)造等情況），編制好“一頭一面”的探放水設(shè)計，并進(jìn)行鉆探驗證。

（2）嚴(yán)格加強(qiáng)探放水管理［1］。在探放水鉆進(jìn)時，發(fā)現(xiàn)煤巖松軟、片幫、來壓或者鉆孔中水壓、水量突然增大和頂鉆等突水征兆時，立即停止鉆進(jìn)，但不得拔出鉆桿；應(yīng)當(dāng)立即撤出所有受水威脅區(qū)域的人員到安全地點，并向礦井調(diào)度室匯報，采取安全措施，派專業(yè)技術(shù)人員監(jiān)測水情并分析，妥善處理。建立“一頭一面”的探放水管理臺賬和允掘監(jiān)管制度，落實區(qū)域撤人高位啟炮、“三條生命線”設(shè)施、安全出口暢通等避災(zāi)措施。

（3）煤礦主要負(fù)責(zé)人必須賦予調(diào)度員、安檢員、井下帶班人員、班組長等相關(guān)人員緊急撤人的權(quán)力［2］，發(fā)現(xiàn)突水（有煤層變濕、掛紅、掛汗、空氣變冷、出現(xiàn)霧氣、水叫、頂板來壓、片幫、淋水加大、底板鼓起或者裂隙滲水、鉆孔噴水、煤壁潰水、水色發(fā)渾、有臭味等）征兆、極端天氣可能導(dǎo)致淹井等重大險情，立即停止作業(yè)并撤出所有受水患威脅地點的人員，在原因未查清、隱患未排除之前，不得進(jìn)行任何采掘活動。