羊東礦4 號煤工作面防治水綜合物探研究

曹棟

（冀中能源峰峰集團有限公司 羊東礦，河北 邯鄲 056200）

1 概 況

羊東礦8470 工作面為4 號煤綜采工作面，標高為-611—-793 m。運料巷長為1 120 m，溜子道長1 340 m，采寬130 m。

1.1 工作面的地質情況

羊東礦8470 工作面東部以8468 工作面為界，西部以8466 采空區為界，南部以五二采區3 條下山為界，北部以F30 斷層預留防水煤柱為界。該工作面地質條件較復雜，工作面呈褶曲構造形態，外段為背斜，里段為向斜，煤巖層走向為N53°W～N84°E，傾角2°～28°，平均14°，煤層厚度1.20~1.96 m，平均厚度1.3 m，煤層穩定，結構簡單。根據8472 巷道及8472 工作面相鄰巷道實際揭露地質資料，共計揭露28 條正斷層，其中斷距大于1/2 煤厚的12 條，如圖1 所示。

圖1 羊東礦8470 工作面工程布置示意Fig.1 Engineering layout of No.8470 Face in Yangdong Mine

1.2 工作面的水文地質情況

8470 工作面開采煤層為野青煤，煤層底板標高為-611—-793 m，水文地質條件較復雜。根據相鄰工作面掘進期間水文觀測情況，預計該工作面掘進期間正常涌水量0.08 m3/min，最大涌水量在0.6 m3/min。

該工作面開采煤層頂板為野青灰巖含水層，該含水層富水性弱，隨巷道掘進揭露以滴淋水形式可逐漸疏干，一般不會對正常掘進造成影響。底板含水層依次為伏青灰巖含水層、大青灰巖含水層、奧灰含水層。伏青含水層近3 a 最高水位為-605 m，根據工作面周邊809 號鉆孔資料分析，距野青煤層最小間距29.56 m。

大青含水層近3 a 最高水位為-360 m，根據工作面周邊809 號鉆孔資料分析，該含水層與野青煤層最小間距70.53 m。奧灰含水層近3 a 最高水位為+136 m，根據井田煤系地層綜合柱狀圖資料分析，該含水層與野青煤層最小間距115.55 m，柱狀圖如圖2 所示。

圖2 工作面柱狀圖Fig.2 Working face histogram

該工作面西部臨近8466 采空區，工作面內及周邊有807、708、909、809、73、705 號地質鉆孔，經核實鉆孔封閉情況，73 號孔封孔質量為合格，其余鉆孔封孔質量為良好，工作面開采不受鉆孔水威脅。

2 防治水物探工作目的及設計

2.1 工作面物探的目的及意義

羊東礦奧灰水位為+136 m，工作面底板標高最低為-793 m。8470 工作面底板到奧灰距離為110.56 m，突水系數Ts 大致為0.084 MPa/m，大于0.06 MPa/m。由于8470 工作面受下伏奧灰水威脅，屬帶壓開采，水文條件復雜。為此查明該工作面內及外圍60 m 范圍、底板下120 m 范圍內煤、巖層含水異常體的分布情況，確保底板無導含構造發育是確保工作面安全回采的基本。

2.2 物探主要任務

為查明工作面底板下120 m 以淺區域，是否存在含水異常體分布。此次物探工作采用電測深和瞬變電磁手段進行相互驗證探查，采用技術成熟的無線電波坑透技術對工作面內部構造進行探查。

（1） 電測深技術，探測區域為工作面兩巷，探測深度為底板下20 m 至底板下120 m 以淺范圍。

（2） 井下瞬變電磁技術，工作區域為工作面及切眼，探測范圍為8470 工作面外圍60 m 及內部煤層底板下120 m 范圍。

（3） 無線電波坑道透視技術，探測區域為工作面內部，主要探查工作面內部大于1/2 煤厚的斷層和是否存在長軸大于20 m 的陷落柱。

2.3 現場工作布置及技術要求

2.3.1 電測深

電測深工作采用YBD11 礦用網絡并行電法儀，8470 工作面運料巷長1 120 m，巷道有效測點布置224 個，測點間距5 m，測深20 ~ 120 m；溜子道長1 130 m，巷道有效測點布置226 個，測點間距5 m。

2.3.2 瞬變電磁探測

瞬變電磁探測采用PROTEM CM 瞬變電磁儀，發射頻率25 Hz，接收線框為1D 線框，數據采集采用30 門。工作面瞬變電磁探測設計為兩巷向工作面內外兩側底板方向多角度探測，重點控制范圍是工作面內部及外圍60 m 以內，包含切眼外幫方向，煤層底板120 m 以淺范圍。切眼及切眼超前瞬變電磁工作布置如圖3 所示。

圖3 瞬變電磁側向探測角度示意Fig.3 Transient electromagnetic lateral detection angle

（1） 運料巷測線長度1 120 m，探測角度布置為里幫-20°、-40°、-60°，外幫-50°、-75°，共5 個角度，測點間距10 m。

（2） 溜子道測線長度130 m，探測角度布置為里幫-20°、-40°、-60°，外幫-50°、-75°，共5 個角度，測點間距10 m。運輸巷及運料巷瞬變電磁工作布置如圖3 所示。

（3） 切眼測線長度130 m，探測角度為外幫0、-20°、-40°、-60°，共4 個角度，測點間距10 m。

2.3.3 無線電波坑道透視

8470 工作面總長1 085 m，設置發射點間隔50 m 布置1 個，在巷道揭露斷層附近可適當加密發射點，以保證探測質量。相對應的每個發射點設置15 個接收點，接收點中間點以對面巷道反射點為中心，每個接收點點間距為10 m，工作面共布置接收點65 個。

2.4 現場探測技術要求

為保證數據采集資料的可靠，除嚴格按照工程設計施工外，還要對針對不同的巷道條件采取對應的措施。

（1） 在坑透探測時，針對巷道揭露的斷層附近可加大測點密度，以采集更多有效探測數據。在巷道探測時，先探測巷道背景電磁場值，為數據修正準備。

（2） 電測深提高供電電壓，在減少各電極極化反應的同時，保證供電電流穩定，盡量提高發射電流，保證探測數據的可靠有效。

（3） 在遇到巷道積水段，應該要求礦方盡量排空積水或開挖臨時水倉，減少對巷道探測的干擾。遇到緊急實在無法避免時，則采用電極打在煤壁上的臨時手段進行勘探，后續對該段數據要進行修正。

（4） 瞬變電磁探測是要保證探測角度準確，采用坡度規等測量設備修正角度，并確保發射框和接收框在同一平面，盡量減少金屬物形成的近電磁場干擾。

3 綜合物探資料成果解析

3.1 瞬變電磁資料解析

采用專業TEMINT 瞬變電磁解析軟件對原始數據進行預處理、濾波、Db 和Bt 雙衰減曲線校核，然后再進行時深轉換。最后形成每一條測線的視電阻率深度曲線圖。最后采用sufer 軟件形成羊東礦8470 工作面瞬變電磁探測視電阻率等值線斷面圖（圖4），圖中橫坐標為運料巷道測點相對位置，縱坐標為時深轉換后得到的探測深度。圖中曲線為經過計算的視電阻率變化指示曲線。為保證突出異常顯示，采用不同色界代表不同的視電阻率值，通過設置顯示的相對色差高低，而確認以電阻率數值越小為弱性色域，通常視電阻率越小，含水性越強。

此次工作面瞬變電磁沿探測方向最大探測解釋距離為150 m，根據反演數據確認探測盲區為20 m，該盲區不影響底板含水異常體的探測。根據工作面多組瞬變電磁探測解析曲線綜合分析，在此次瞬變電磁探測范圍內電阻率變化成均勻分布，證明在底板探測深度范圍內沒有存在含水性較強的地質低阻體形成，其底板下方煤巖性反應均在高阻范圍內。對于在巷道起始位置出現的點狀低阻區域，因其范圍較小，且結合現場存在的個別電器干擾源相對應，因此可以將該個別異常點予以排除。

3.2 電測深資料解析

巷道所取得電測深數據，先通過數據篩選剔除測量數據中由于采集現場干擾導致的極高和極低數值，然后再進行專業計算。由于采集數據密度極大，可充分保證數據的可靠。通過對比標志層位電阻率值，大致判斷所設置反演深度系數是否合理。最終通過反演可得到羊東礦8470 工作面電測深探測視電阻率等值線斷面圖（圖5）。

圖5 羊東礦8470 工作面電測深視電阻率等值線圖Fig.5 The apparent resistivity contour diagram of electric depth-measurement in No.8470 Face of Yangdong Mine

圖中橫坐標為測量巷道，縱坐標為反演深度。圖中曲線為視電阻率等值線，以不同色界代表不同的視電阻率數值，其中可自行設置視電阻率數值越小，所反映的相對含水性也越強，可增加異常的辨識度。

根據電測深等值線斷面圖，探測范圍內在巷道320 m 位置底板下圈定1 處低阻異常C1 ，結合其探測層位和礦方資料發現該異常處于底板下40 m位置，由于異常范圍較小，且該異常探出位置與電測深跑極方向420 m 處底板積水有關，因此可以認定該異常為測量電極在跑位中受現場底板積水等條件影響產生的測量低電位干擾，后在其計算、反演過程中疊加放大，因此該異?？梢杂枰耘懦?，因此此次工作面巷道底板電測深在其探測深度范圍你未發現相對低阻異常的存在。

3.3 坑透資料解析

通過分析8470 工作面坑透探測的實測坑透場強分布曲線，同過根據上下巷多個發射點上所測的交匯場強，利用SIRT 算法（Simultaneous Iterative Reconstruction Techniques，同時迭代重構技術），計算得到單個曲線的吸收系數值，進一步利用整個工作面內所有接收曲線的吸收系數，經過工作面的網格計算，最終反演成像。

根據實測場強分布圖可分析共發現工作面內2處地質構造異常區，如圖6 所示。

圖6 8470 工作面地質構造異常區示意Fig.6 The geological structure abnormal area of No.8470 Face

K1 位于運料巷190~580 m 和溜子道40~510 m，K1 異常區內地質構造過于復雜，斷層影響相互疊加，從坑透曲線很難分辨斷層的具體走向，從接收信號分析斷層整體影響已大于1/2 煤厚。在K1 異常區內未發現短軸大于20 m 的陷落柱發育。

K2 位于運料巷760~1 010 m，工作面內距運料巷14~55 m，分析為巷道揭露斷層在工作面內的延伸，斷層落差小于1/2 煤厚。

4 結 語

通過瞬變電磁、電測深技術基本查明了羊東礦8470 工作面探測范圍內煤、巖層的富水情況，且判定在探測控制范圍內未發現水文地質異常。工作面內圈定的2 處地質構造異常區。K1 因異常范圍較大，異常區內斷層發育，但未發現短軸大于20 m 的陷落柱。K2 為巷道揭露斷層在工作面內的延伸，對工作面回采影響較小。從上述物探工作的設計、布置、分析過程中，發現對工作面底板探測，尤其是在承壓開采工作面中雙方法探測的必要性。特別是大埋深工作面，其要求保證隔水層厚度的完整性，采用多手段驗證探查，才是煤礦安全生產的保證。