劉美健

（山西汾西正文煤業(yè)有限責任公司，山西 孝義 032300）

正文煤礦是汾西礦業(yè)集團有限責任公司資源整合礦井之一，位于山西省孝義市西13km的兌鎮(zhèn)鎮(zhèn)圪卓頭村，在井田中部有交通便利的省道及鐵路線。井田面積6.9764km2，該礦于2011年10月30日正式開工建設(shè)，2016年10月31日正式投產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力90萬t/a，礦井服務(wù)年限為24.25a，主采10+11號煤層，現(xiàn)開采11002采煤工作面，煤層總厚度7.86m，采煤方法為長壁式綜合機械化低位放頂煤全部垮落采煤法。

1 工作面概況及水害分析

1.1 工作面概況

11002工作面可采走向長459m，傾向長120.5m，地面位置東距偏城村200m，西、南、北為黃土山丘，地面有偏城—后洞、偏城—郝家寨兩趟線路（水泥電桿）穿過。井下位于一采區(qū)西翼軌道巷北部，工作面上方為水峪5415采空區(qū)（9#煤層于1997年回采完畢），東距偏城村保安煤柱87.5m，西鄰水峪煤礦5413工作面（9#已采），南部為正文煤業(yè)采區(qū)大巷，北部為井田邊界。該工作面開采太原組10+11#煤層，煤層走向東北，傾向西北，直接頂為泥巖，老頂為K2石灰?guī)r，底板為鋁質(zhì)泥巖。煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層總厚度7.86m，局部賦存3～4層夾石，厚0.1～0.3m，煤層傾角1～3°，平均2°。工作面區(qū)域內(nèi)，小褶曲構(gòu)造發(fā)育，巷道呈波浪狀起伏，在工作面內(nèi)有2條逆斷層，落差1.0～2.4m。

1.2 工作面水害分析

11002工作面水文地質(zhì)條件中等，未來面臨的主要水害為石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、老空水。煤巖層中含有裂隙水，預(yù)計工作面在掘進過程中局部會有滲水現(xiàn)象。工作面上方為水峪煤礦5415工作面采空區(qū)，西側(cè)上方為水峪煤礦5413工作面采空區(qū)，北側(cè)相鄰水峪5113工作面采空區(qū)，預(yù)計采空區(qū)內(nèi)有積水存在。距工作面材聯(lián)巷西側(cè)98m處有一編號“水-13”的地質(zhì)勘探鉆孔，該鉆孔為水峪煤業(yè)勘探時期鉆孔，孔深245.81m，通過調(diào)查，該鉆孔施工完畢后雖已進行了封孔，但根據(jù)西翼膠帶巷及西翼軌道巷掘進時對該鉆孔的探測，有一定的水害隱患。工作面與上部山西組2#煤層間距約為90m，運巷東側(cè)有一后頭溝小窯破壞區(qū)，該小窯開采2#煤層，房柱式開采，于2003年關(guān)閉，井筒已實填，有可能出現(xiàn)2#煤采空區(qū)積水下泄的現(xiàn)象，對11002的回采工作造成威脅。

2 礦井瞬變電磁法

瞬變電磁法通過不接地回線或接地線源向巖體發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間利用線圈或接地電極觀測地下介質(zhì)中形成的二次感應(yīng)渦流場，從而探測地下介質(zhì)電阻率的一種方法[1]。因為各種介質(zhì)不是單獨存在的，把測得的不均勻介質(zhì)中的這個電阻率稱為視電阻率。根據(jù)視電阻率的不同來分析地質(zhì)構(gòu)造情況和地下導水情況。其主要的工作原理是在煤礦井下工作面布設(shè)通電的發(fā)射線圈，進而在線圈周邊范圍形成一次電磁場，并在工作面周圍導電巖體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，在切斷電源后，巖體中的感應(yīng)電流隨著時間的增加熱損耗不斷衰減，形成二次感應(yīng)渦流場，從而觀測地下介質(zhì)反映的信號[2]。

3 瞬變電磁法在煤礦中的實際應(yīng)用

對正文煤業(yè)11002材料巷應(yīng)用瞬變電磁法進行探測。

（1）探測前工作面迎頭停止作業(yè)，綜掘機退后20m，敲幫問頂確保工作環(huán)境安全。檢查儀器電量是否充足，儀器狀況是否良好，無防爆不完好等情況[3]。排盡掌子頭積水，對工作面除必要的監(jiān)控儀器以外的電器和電纜進行斷電后開始探測作業(yè)。

（2）本次作業(yè)設(shè)計探測方向通過頂板20°方向、頂板10°方向、順層0°方向、底板-10°方向即可達到探測目的，每個探測方向14個，共56個物理點。疊加參數(shù)設(shè)置為32次。探測4條測線，數(shù)據(jù)質(zhì)量合格。經(jīng)數(shù)據(jù)處理形成如圖1的成果圖，由成果圖可直觀地知道在頂板20°方向，無明顯的低阻異常區(qū)，推測該區(qū)域大面積富水可能性較?。辉陧敯?0°方向，無明顯的低阻異常區(qū)，推測該區(qū)域大面積富水可能性較?。辉陧槍?°方向，右?guī)?0～100m，深度10～50m有低阻異常，推測該區(qū)域局部有富水可能性；在底板-10°方向，距右?guī)?30～60m，深度 40～80m，右?guī)?60～100m，深度10～50m有低阻異常，推測該區(qū)域局部有富水可能性。針對本次所探測到低阻異常，設(shè)計并施工6個鉆孔，其中順層方向和底板方向各3個鉆孔。

圖1 瞬變電磁法探測結(jié)果

（3）經(jīng)過鉆探驗證，在順層方向未發(fā)現(xiàn)有采空區(qū)，無積水。在底板方向的三個鉆孔中有兩個鉆孔打到了9#煤層采空區(qū)，兩個鉆孔均有出水情況，其中一個鉆孔水量較大，約15m3/h，另一個鉆孔出水量約6m3/h。地測人員在第一時間取到水質(zhì)標本，經(jīng)水質(zhì)化驗確定為采空區(qū)積水。經(jīng)過兩天時間的放水作業(yè)，直至兩個鉆孔的出水量基本上為零。為了安全起見，地測科人員又設(shè)計并施工了兩個驗證孔，證實了采空區(qū)積水已經(jīng)被疏放完畢。此次放水作業(yè)放水量共計約1200m3。

4 結(jié)語

通過本次對汾西礦業(yè)有限責任公司正文煤礦瞬變電磁探測實踐，進一步驗證了瞬變電磁法物探對地質(zhì)低阻體有良好的響應(yīng)特征，并通過井下瞬變電磁法物探尋找確定上覆采空區(qū)積水位置，經(jīng)鉆孔驗證上覆采空范圍位置準確可靠，取得良好實際應(yīng)用效果。礦井瞬變電磁法具備對低阻反應(yīng)敏感、方向性強、體積效應(yīng)小、便于施工、工作效率高和成本低等優(yōu)點，在探測煤礦含(導)水地質(zhì)構(gòu)造、采空區(qū)積水、充水鉆孔等方面有很好的應(yīng)用效果，但是瞬變電磁法有其不足的地方，其容易受工作面潮濕的環(huán)境、電纜、巷道內(nèi)的金屬器械等的影響，所以為了探測結(jié)果的準確性一定要將干擾因素降低到最小。