徐念庭

（晉城澤祥勘探測繪有限公司，山西 晉城 048000）

引言

在煤礦開采過程中，水災(zāi)為影響安全高效開采的嚴(yán)重問題。通過對現(xiàn)有資料進(jìn)行分析可以看出，通常礦井出現(xiàn)突水事故主要由于如下兩方面的原因：一是頂?shù)装逅?；二是采空積水區(qū)等。為了能夠更好地監(jiān)測煤礦水害問題通常選用兩種方法：物探、鉆探[1-2]。其中，鉆探可以細(xì)分為長鉆孔、常規(guī)鉆孔、地面探測鉆孔等。而對于物探而言，依據(jù)探測原理將其劃分為地震類、電磁類、紅外探測、電磁輻射等，其中，最為常用的是地震類、紅外探測、電磁輻射探測等類型。由于物探方法都具有各自的特點(diǎn)，因此在進(jìn)行地質(zhì)監(jiān)測的過程中，選用一種方式往往不能有效地檢測是否存在水害。而鉆物探是一個一體化技術(shù)綜合鉆探與物探的結(jié)合。其可以實(shí)現(xiàn)一孔多用，從而可以有效地提高水害鉆探工程的精度[3-5]。

1 工程概況

山西某礦90603 綜采工作面開采9 號煤層，經(jīng)過探究發(fā)現(xiàn)，煤層埋深可以達(dá)到530 m，對應(yīng)的厚度達(dá)到3.68 m，以及傾斜角度為7°，在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)時，走向長度為1 980 m，而傾角長度為246 m。對于該工作面，由于回采巷道并未掘進(jìn)完成，回風(fēng)巷道已經(jīng)掘進(jìn)了205 m，運(yùn)輸巷道掘進(jìn)了36 m。圖1 表示相應(yīng)的采面位置關(guān)系圖。

圖1 采面位置關(guān)系示意圖

2 鉆探物探一體化技術(shù)原理

通常該鉆探物探一體技術(shù)包括鉆探、鉆柱振動錄井技術(shù)、孔中瞬變電磁法、孔中電法等。

2.1 鉆柱振動錄井技術(shù)

鉆柱振動錄井技術(shù)將振動傳感器設(shè)置在靠近鉆頭位置，這樣就可以對鉆孔鉆探設(shè)備的振動情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。當(dāng)傳感器監(jiān)測到振動信息后將其儲存在儲存器中，并且運(yùn)用隨鉆測振儀對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.2 孔中瞬變電磁法

孔中瞬變電磁法將鉆孔巷道以及相應(yīng)的水邊電磁法結(jié)合起來，其檢測方式與瞬變電磁法保持一致。當(dāng)在巷道內(nèi)部使用發(fā)射線圈的過程中可以產(chǎn)生瞬變電磁場源激發(fā)現(xiàn)象，這時接收線圈可以接收到不同孔深的感應(yīng)電壓信號，從而可以對鉆孔外激發(fā)以及相應(yīng)的內(nèi)孔進(jìn)行檢測，圖2 表示相應(yīng)的檢測示意圖。

圖2 孔中瞬變電磁法布置圖

2.3 孔中電法

在使用孔中電法探測時，通常選用YZD 11 槽波地震電法系統(tǒng)，其可以有效地檢測探測器的靈敏度。實(shí)現(xiàn)高密度點(diǎn)發(fā)檢測以及對孔低進(jìn)行超前檢測。具體如下所示：將雙模電極設(shè)定在特定的PVC 管內(nèi)部，這時電極可以借助銅絲與煤壁進(jìn)行耦合，通常將電極極距設(shè)置為2.5 m，共計(jì)設(shè)置32 道。在進(jìn)行現(xiàn)場檢測的過程中，為了能夠?qū)變?nèi)進(jìn)行全面的檢測，通?？梢砸苿覲VC 管。第265 頁圖3 表示相應(yīng)的鉆孔內(nèi)電法電極裝置布置情況。

圖3 孔中電法布置圖

3 鉆探物探一體化技術(shù)探測成果分析

為了能夠更好地識別90603 回風(fēng)巷掘進(jìn)前方地質(zhì)水文的情況，為此在掘進(jìn)巷道前方設(shè)置鉆探物探一體化探測。在探測的過程中，將其劃分為如下兩個階段：鉆探中和鉆探后。針對不同的階段選用相應(yīng)的探測方法：對于探測中而言，通常選用鉆柱振動錄井技術(shù)，進(jìn)而可以有效地確定鉆孔深度的軌跡，這樣可以獲得鉆孔鉆進(jìn)不同巖層時的地震屬性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對鉆探過程進(jìn)行全程管控。當(dāng)完成鉆探施工后，借助瞬變電磁法、孔中電法等物探技術(shù)對鉆孔內(nèi)壁巖性以及地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育進(jìn)行全面的探測。通常在90603 回風(fēng)巷掘進(jìn)迎頭位置設(shè)置鉆探鉆孔，進(jìn)而可以對鉆孔周圍以及相應(yīng)的前方巖體裂隙發(fā)育、地質(zhì)構(gòu)造、富水性、巖性變化等進(jìn)行探測。在探測鉆孔施工時，同步實(shí)施鉆柱振動錄井，接著在完成鉆孔施工后可以實(shí)施孔中瞬變電磁法以及孔中電法探測。

3.1 鉆柱振動結(jié)果

對于采集到的不同鉆井下的振動錄井?dāng)?shù)據(jù)而言，選歐冠方差分析法。由于鉆井處于停機(jī)以及加鉆桿的情況下，振動傳感器采集到的振動信息比較小，因此相應(yīng)的振動數(shù)據(jù)方差也比較小。而當(dāng)鉆機(jī)處于正常工作狀態(tài)下，由于受到振動比較大，因此所對應(yīng)的數(shù)據(jù)信號比較強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致振動方差數(shù)據(jù)也比較大，如圖4 表示相應(yīng)的振動數(shù)據(jù)分布圖。

圖4 鉆孔鉆進(jìn)過程中振動數(shù)據(jù)分析圖

通過分析圖4 可以看出，當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)初始階段，由于地質(zhì)條件比較穩(wěn)定，而地質(zhì)變化較大的區(qū)間主要集中在鉆孔鉆進(jìn)后期，而鉆孔在如下幾個數(shù)據(jù)段出現(xiàn)了異常：12.1 m～12.4 m、58.0 m～58.3 m、67.5 m～68.2 m。通過借助鉆孔排渣以及相應(yīng)的鉆進(jìn)數(shù)據(jù)分析可以看出，煤層中的裂隙帶屬于振動數(shù)據(jù)異常區(qū)域。

3.2 孔中瞬變電磁法探測結(jié)果

圖5 表示相應(yīng)的孔中瞬變電磁法探測結(jié)果圖。通過分析該圖5 可以看出，在鉆探鉆孔周圍0 m～17 m范圍內(nèi)，其整體的視電阻率比較高，未有明顯的異常區(qū)。對于17 m～30 m 的范圍的鉆孔，即使其視電阻率等值線比較高，可是也未出現(xiàn)顯著的低阻異常區(qū)。在探測鉆孔周邊17 m～30 m 范圍內(nèi)，雖然視電阻率等值線變化較為明顯，但是無顯著的低阻異常區(qū)。

圖5 孔中瞬變電磁法探測結(jié)果

3.3 孔中電法探測結(jié)果

圖6 表示鉆孔獲取到的孔中電法探測結(jié)果。通過分析圖6 可以看出，孔中電法探測距離達(dá)到了110 m。其圍巖體視電阻率都大于20 Ω·m。

圖6 孔中電法探測結(jié)果

3.4 綜合應(yīng)用結(jié)果分析

將該鉆探物探一體化技術(shù)應(yīng)用到90603 回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面后，經(jīng)過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)在排水與返水過程都未出現(xiàn)異常。通過分析發(fā)現(xiàn)，鉆柱振動錄井技術(shù)應(yīng)用顯示，鉆孔鉆進(jìn)到如下幾個范圍內(nèi)煤體裂隙較為發(fā)育：12.1 m～12.4 m、58.0 m～58.3 m、67.5 m～68.2 m。并且，采用瞬變電磁法及孔中電法探測后發(fā)現(xiàn)，并未出現(xiàn)異常區(qū)域。由此可以看出該技術(shù)檢測精度相對較高。

4 結(jié)語

采用鉆探物探一體化技術(shù)能夠有效地檢測掘進(jìn)過程中出現(xiàn)的富水區(qū)域以及相應(yīng)的地質(zhì)構(gòu)造位置，這樣可以大大優(yōu)化掘進(jìn)安全以及最大限度的降低水害的影響。經(jīng)過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)可以精確地檢測圍巖富水區(qū)域是否存在異常，采用孔中電法可對地質(zhì)異常體類型、位置精準(zhǔn)判定。由此可以看出，該技術(shù)具有一定的推廣價值。