雷志鵬

摘 要：二礦庚三采區(qū)灰?guī)r水防治一直是全礦防治水工作的重點，由于灰?guī)r水具有水壓高、水量大、連通性強、突水通道難發(fā)現(xiàn)等特點，為了保證掘進工作面施工安全，引入了瞬變電磁探測技術方法，經(jīng)過多次跟蹤探測，通過探掘對比，為掘進巷道前方底板灰?guī)r水的防治找到了新的途徑。

關鍵詞：瞬變電磁法；超前；灰?guī)r承壓水

1 概述

平煤股份二礦庚20-23130風巷掘進工作面位置在二水平庚三采區(qū)東翼中部，西部與庚三皮帶下山相連，東部到井田邊界，巷道施工層位沿庚20煤層，標高-301m至-345m，設計長度1650m。梯形斷面，巷道凈寬4.6m，凈高2.6m，錨網(wǎng)梁支護。該風巷開口處在庚三采區(qū)強徑流帶中，若巷道掘進過程中遇到構造破壞底板隔水層的完整性，則極易與底板灰?guī)r含水層導通形成突水事故，為保證庚20-23130風巷施工安全，使用YCS40（A）礦用本安瞬變電磁儀對掘進工作面實行循環(huán)超前探測。

2 水文地質概況

庚20煤層平均厚度1.8m，傾向19°，傾角5°～12°。直接頂為L6石灰?guī)r（厚4.9m），底板巖層依次為泥巖（厚1.8m），砂質泥巖（厚2.4m）、中粒砂巖（厚3.6m）、L7石灰?guī)r（厚5.2m），底界以鋁土質泥巖與下伏地層呈平行不整合接觸。該風巷掘進工作面斷層優(yōu)勢走向為北東向，次為北西向，斷層傾角一般在70o左右，且裂隙較為發(fā)育，L7灰?guī)r為直接充水含水層，下伏的寒武系灰?guī)r為間接充水含水層，距庚20煤層18～27m，均為灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水層，巷道施工前水位標高-278m。構造帶影響區(qū)域及礦壓破壞區(qū)域庚20煤層的底板與灰?guī)r含水層之間易形成導水裂隙帶，巷道施工至此區(qū)域時極可能出現(xiàn)突水事故。附近在庚組煤層中施工的巷道曾發(fā)生過煤層底板突水事故，最大突水量達3000m3/h。

3 掘進工作面超前探測方法

由于掘進工作面迎掌空間相對狹小，因此，我們采用了1.5×1.5m的重疊回線裝置。如圖1所示，發(fā)射線圈（Tx）和接受線圈（Rx）重疊在一起，探測時盡量將線圈貼近掌子面，線圈法線方向為探測方向。

對掘進工作面迎掌探測時，測點在巷道迎掌的空間位置如圖2，首先使線圈的法線與巷道左側面分別成60°，45°和30°的夾角進行探測（圖2中1，2和3號測點）；當線圈的法線方向與掌子面垂直時，在迎掌布置3-4個測點（圖2中的4，5，6和7號測點）；到巷道迎掌右側時在旋轉線圈，使法線方向與巷道右側分別成30°，45°和60°的夾角進行探測（圖2中的8，9和10號測點）即在多個角度采集數(shù)據(jù)，獲得前方巖體和煤體中比較完整的視電阻率信息。

在實際施工過程中，結合本礦水文地質條件分析，影響庚20-23130風巷安全掘進的水文地質因素主要為底板灰?guī)r承壓水，因此為了安全高效指導生產(chǎn)，每個測點探測方向分別為順層方向和底板下俯角45°方向，如圖3所示。

該礦在巷道開口之前首先施工超前探水孔，然后開始循環(huán)超前探測數(shù)據(jù)采集；在數(shù)據(jù)解析方面，掘進工作面迎掌前方探測的有效距離為60m，則我們留設20m超前距，巷道每向前掘進40m時進行下一輪探測。

4 庚20-23130風巷超前探測應用實例

從2011年1月至5月份，該礦利用上述方法在庚20-23130風巷共探測19次，效果明顯。如2011年3月15日和2011年4月8日兩次探測實例。

實例一，如圖4和圖5中顯示，在巷道前方55至80m處有一個狹長的低阻異常區(qū)域，在視電阻率值為10Ω·m的等值線內又顯示出一個更低的視電阻率值即5Ω·m等值線，該異常區(qū)解釋為斷層作用后形成的導水裂隙帶，而視電阻率值為5Ω·m的區(qū)域解釋為導水裂隙連通后形成過水通道。經(jīng)實際揭露驗證后，顯示此區(qū)域為以兩條落差為1.2m和1.8m的正斷層為主、三條落差為0.6m的逆斷層為輔形成的斷層帶，在揭露時靠近異常區(qū)的右?guī)偷装宥帱c出現(xiàn)了滲涌水現(xiàn)象，水量約60m3/h，在探測后提前加強了巷道排水能力，保證了巷道的施工安全。

4.1 探測角度和點距

井下瞬變電磁探測時，根據(jù)超前探測設計，嚴格控制擺放角度，使線圈對準超前探測區(qū)域，盡可能避免旁側影響。根據(jù)迎掌實際寬度布置探測點距，保證探測點均勻分布。

如果迎掌巷道內頂板淋水量較大，則必須探測迎掌前方頂板區(qū)域，查清前方頂板富水性。

4.2 確保探測精度的方法

瞬變電磁法技術探測精度雖高但容易受到外界因素擾動。由于巷道中往往存在大量的金屬設備和管線，金屬對電法類探測儀器的探測精度影響較大。

在物探過程時，掌子頭后20m巷道內除巷道現(xiàn)有支護材料外其他金屬均應清理干凈，設備斷電。確保物探儀器探測時盡量遠離金屬體。針對大型設備和材料無法挪動的，盡可能避免探測線圈正對金屬體?？傊┕さ攸c要盡可能提前布置有利的物探工作環(huán)境，確保探測精度。

5 結語

實踐證明，利用瞬變電磁探測技術在煤礦井下掘進工作面進行物探超前探水，特別是遇到復雜的地質賦存條件，前探鉆孔施工困難，且工程量大，將使巷道掘進速度嚴重滯后，礦井生產(chǎn)接替時候到嚴重影響等問題和困難時，物探技術的效果明顯，與其他技術相比，有以下特點。

①有效探測深度遠，可控制80m。

②探測方向靈活，通過接收前方不同方位巖層和煤體的視電阻率數(shù)據(jù)，經(jīng)實測可更好地探查前方物探異常區(qū)位置。

③對富水異常區(qū)具有較高的靈敏度。

④此物探儀器操作簡單且所需人員較少，探測時間短效率高，為礦井高產(chǎn)高效提供了安全技術保證，具有較好的應用前景。