古城煤矿瞬变电磁技术在探测富水区中的应用

范鹏凯

(潞安化工集团 古城煤矿，山西 长治 046000)

当前，煤矿安全生产已经成为社会各界越来越关注的问题。其中，矿井在巷道掘进过程中受前方富水区的影响是煤矿在生产过程中经常会遇到的问题，尤其在一些地质条件复杂或者富水区较强的矿井[1-4]。因此，如果用瞬变电磁技术对巷道掘进前方富水区的形状、位置、富水程度、对巷道产生的影响等相关因素进行准确的判读[5-6]，并根据实际情况制定出相应的安全技术措施，对于矿井的安全生产具有重要的指导意义。

1 工程概况

古城煤矿北二盘区N2301辅助运输巷按照方位角174°00′00″沿煤层顶板掘进，根据现有三维地震资料和地面瞬变电磁成果资料显示：巷道里程1 146 m处，巷道右侧煤墙内可能受X16陷落柱的影响，此处标高：+407.5 m，地面标高：+940.2 m，埋深532.7 m。为了准确探明N2301辅助运输巷150 m范围内煤岩层的富水性情况，为工作面回采提供参考依据，我矿采用矿井瞬变电磁探测技术对N2301辅助运输巷以FS10测点为起点往切眼方向40 m和往巷道开口方向110 m共计150 m的距离进行了超前探测。

2 现场施工布置

本次探测层位为3号煤层，顶板为炭质泥岩、泥岩，巷道支护形式采用锚网+锚杆+锚索+钢筋梯子梁联合支护，探测帮部有三根钢管，分别为排水管、静压水管、压风管，据钢管800 mm为胶带架，胶带架上方800 mm为瓦斯抽放管，钻机放置位置在FS10号测点。井下探测过程中，要尽可能减少各种干扰(锚杆、锚网、钢管和金属桥架等金属器材)，创造较为有利的探测环境，见图1。

图1 探测位置示意

N2301辅助运输巷本次探测工作量：N2301辅助运输巷以FS10测点为起点往切眼方向40 m和往巷口方向110 m共计150 m进行探测，每3 m一个测点，每个测点三个探测方向，分别为：上偏30°、顺层0°、下偏30°，以获得该区域尽可能准确的水文地质资料，共计153个物理数据采集点，见图2。

图2 工作面探测方向剖面布置示意

3 物探解释成果及建议

受探测技术发射电流大小、频率及发射线圈匝数，接受线圈匝数等技术参数影响，本次瞬变电磁探测盲区约为15 m。

如图3所示，本次瞬变电磁探测区域的电阻值的大小用图右侧长条比色卡表示，数值越小，表示探测区域中电阻率值越小，电阻率值越小，反映出所探测区域存在可能较发育的裂隙、富水性较好等异常信号，也是巷道在掘进和工作面回采过程中需要重点钻探和关注的区域。

图3 瞬变电磁超前探测偏上30°平面

偏上30°探测范围内存在3个低阻异常区。

异常区一：探测距离35～60 m，深度45～97 m范围；

异常区二：探测距离70～88 m，深度45～95 m范围；

异常区三：探测距离92～115 m，深度35～100 m范围。

异常区一周围电性过渡范围大，变化率大，结合现场条件、地质资料及地面物探成果报告，综合分析异常区一为现场钻机影响所致；

综合分析异常区二、异常区三为工作面煤岩层局部富水及现场风水管路和胶带架影响所致，对该区域请予以重视。

顺层0°探测范围内存在3个低阻异常区，见图4。

图4 瞬变电磁超前探测顺层0°平面

异常区一：探测距离35～64 m，深度37～100 m范围；

异常区二：探测距离70～87 m，深度45～95 m范围；

异常区三：探测距离95～104 m，深度45～90 m范围。

结合现场条件、地质资料及地面物探成果报告，综合分析异常区一为现场钻机影响所致；综合分析异常区二、异常区三为工作面煤岩层局部富水及现场风水管路和胶带架影响所致，对该区域请予以重视。

偏下30°方向探测范围内存在3个低阻异常区，见图5。

图5 瞬变电磁超前探测偏下30°平面

异常区一：探测距离35～64 m，深度38～97 m范围；

异常区二：探测距离66～85 m，深度45～92 m范围；

异常区三：探测距离125～145 m，深度45～92 m范围。

结合现场条件、地质资料及地面物探成果报告，综合分析异常区一周围电性过渡范围大，变化率大，异常区一为现场钻机影响所致；异常区二、异常区三为工作面煤岩层局部富水及现场风水管路和胶带架影响所致，对该区域请予以重视。

本次探测发现的主要相对低阻异常区见表1，本次探测现场巷道工作面三根风水管、胶带支架和上方的瓦斯抽放管对探测结果干扰较大，在探测的偏上30°、顺层0°和偏下30°都有低阻异常区的反应。结合现场条件、地质资料及地面物探成果报告，综合分析异常区一为现场钻机影响所致；综合分析异常区二、异常区三为煤岩局部富水及现场风水管路和胶带架影响所致。

表1 主要相对低阻异常区一览

注：以上低阻异常区域位于不同的倾向上，空间位置可参考对应的平面图

4 安全技术措施

为了保证巷道掘进的安全高效稳定，根据探测结果，制定相应的安全技术措施和排水措施。

4.1 巷道支护方式

在掘进过程中，采用临时支护+永久支护两种支护方式：

1) 临时支护：前探梁采用133.32 mm无缝钢管加工，长度为5 000 mm，共加工4根，2根使用，2根备用，每根前探梁上打设3组防退孔，每组打设3个防退孔，防退孔D26 mm，孔间距200 mm，前端打设D26 mm，3个固定孔，孔间距150 mm。

2) 永久支护：支护方式调整为锚杆(索)网+U29型钢棚联合支护。锚杆(索)支护排距由1 000 mm缩小至800 mm，间距不变；正规循环为掘一锚一，最大空顶距1 100 mm，最小空顶距300 mm，严禁空顶作业，棚距为800 mm。

4.2 排水措施

确保水泵正常管路畅通，巷道迎头涌水量预计为3 m3/h、最大涌水量5 m3/h，在巷道低洼处胶带机头增设临时排水点，排水点中间设置沉淀池，放置1台隔膜泵另配1台备用，达到要求规定的一用一备，水泵型号为：BQS15-100-20,水泵扬程100 m，排水量20 m3/h，在工作面放置2台隔膜泵进行排水，使用隔膜泵排水能力为8 m3/h,排入正头临时水仓(隔膜泵使用66.66 mm软管过渡到108管进行排水)。

5 结 语

1) 探测成果图中解释的低电阻异常区域是相对的。由于在井下实际操作过程中，受不可避免的干扰因素较大，可能在解释过程中，会使异常区范围和探测距离出现一定的偏差，如想进一步确认陷落柱是否存在导水，建议再次在附近20号钻场内进行迎头超前瞬变探测。在掘进生产过程中可依据成果图中视电阻率值的相对关系适时调整生产方案。

2) N2302工作面回采掘进时，建议严格遵守《煤矿安全规程》和《煤矿防治水细则》，对探测显示的异常区域应加强关注，注意做好排水工作，加强排水能力，保证安全生产。