朱信龍

（棗莊王晁煤礦有限責(zé)任公司，山東 棗莊 277518）

引言

煤礦在勘探階段由鉆孔控制的落差較大斷層，位置控制準(zhǔn)確性差，輕者會(huì)造成資源回收率低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因水文地質(zhì)條件不清而造成水災(zāi)事故，因此在采掘過(guò)程中接近斷層時(shí)必須做好探測(cè)工作，查明斷層位置和水文地質(zhì)特征。利用物探和鉆探相結(jié)合的方法進(jìn)行超前探測(cè)，可以準(zhǔn)確查明前方區(qū)域的斷層位置和水文地質(zhì)條件，而瞬變電磁法是物探中最為常用和有效的手段之一，應(yīng)用較為廣泛。經(jīng)多次探測(cè)表明，瞬變電磁法超前探測(cè)可以準(zhǔn)確反應(yīng)出巷道前方低阻區(qū)地質(zhì)體的空間分布特征和富水特征，可以為礦井防治水害提供依據(jù)。

1 工作面概況

王晁煤礦20406工作面、20408工作面均位于-400 m水平204采區(qū)南翼，主采12下煤層，東部為20404工作面采空區(qū)，西部為20410工作面，北部為-400東翼軌道巷和皮帶巷，南部為生產(chǎn)礦井地質(zhì)報(bào)告提供的馬樓斷層。

1.1 煤層概況

20406工作面、20408工作面圈定范圍內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定，12下煤層一般厚度1.25 m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層傾角5°～8°，頂板為4～10 m厚的灰黑色泥巖，局部相變?yōu)榧?xì)砂巖，底板為平均厚度2.5 m的八灰。煤層普遍存在一層0.1～0.3 m厚的泥巖偽頂和偽底。

1.2 水文地質(zhì)概況

20406巷道、20408巷道部分區(qū)段穿過(guò)馬樓斷層，該斷層在王晁井田尚未揭露，根據(jù)《生產(chǎn)礦井地質(zhì)報(bào)告》（2013）提供資料，該斷層為正斷層，走向北東，傾向北西，傾角70°，落差60～0～65 m左右，東西落差大而中間落差小。在38～39勘查線附近，煤巖層傾角較大，斷層兩盤(pán)落差由于煤巖層傾角加大而不明顯，在201軌道巷、皮帶巷、20121材料道和20118皮帶巷掘進(jìn)過(guò)程中均未揭露，證明馬樓斷層在201采區(qū)已尖滅。井田東部靠近留莊礦附近，根據(jù)留莊礦開(kāi)采情況，其并未揭露馬樓斷層，本井田20402工作面接近馬樓斷層區(qū)域時(shí)，煤層傾角變大（最大達(dá)到35°）。相鄰201采區(qū)20110上材料道掘進(jìn)至910 m接近馬樓斷層時(shí)，底板八灰出水，出水量5～8 m3/h，經(jīng)觀測(cè)八灰裂隙發(fā)育，發(fā)育寬度0.1～0.2 m，長(zhǎng)度0.3～0.5 m，隨后進(jìn)行了直流電法探測(cè)，經(jīng)探測(cè)發(fā)現(xiàn)前方存有低阻異常區(qū)，并符合斷層的特征，后停止了該巷道的掘進(jìn)。

2 礦井瞬變電磁法

2.1 礦井瞬變電磁法原理、特點(diǎn)

煤礦瞬變電磁法基本原理與地面常用的瞬變電磁法的工作原理是一樣的，采用的物探儀器和大量測(cè)量數(shù)據(jù)的各種裝置形式、時(shí)間、窗口、原因也是一樣的。地面常用的瞬變電磁法為半空間瞬變響應(yīng)，該瞬變響應(yīng)全部來(lái)自于地表淺部以下半空間煤、巖層。而煤礦瞬變電磁法為全空間瞬變響應(yīng)原理，這種瞬變響應(yīng)是來(lái)自于回線平面的上下（或兩側(cè)）地層。

煤礦礦井瞬變電磁法與地面瞬變電磁法相比具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

1）由于井下測(cè)量環(huán)境、地質(zhì)水文環(huán)境不同于地表，不可能采用地表測(cè)量時(shí)使用的大線圈（邊長(zhǎng)大于50m）設(shè)備，只能采用邊長(zhǎng)1.0～2.5 m的多匝小線圈，測(cè)定方式一般采用中心觀測(cè)方式或偶極觀測(cè)方式。因此數(shù)據(jù)采集工作量非常小，測(cè)量設(shè)備輕便，不需要太多的人員，工作時(shí)間短，工作效率較高。

2）由于設(shè)備所用的線圈邊較小，測(cè)量點(diǎn)距較密（一般為5～15 m），可以有效降低體積效應(yīng)的影響，從而提高物分辨率和準(zhǔn)確性，特別是橫向分辨率得到了大幅提高。

3）由于井下物探裝置距離異常體更近，大大提高了測(cè)量信號(hào)的信噪比，實(shí)際測(cè)量結(jié)果可以完全證明，井下測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度比地面同樣有效面積的相同裝置測(cè)量的信號(hào)強(qiáng)度高20～150倍。井下的相對(duì)干擾信號(hào)相對(duì)有用信號(hào)近似等于零（大于30 ms時(shí)間段），而地面測(cè)量信號(hào)在衰減到一定時(shí)間段（一般小于10 ms）就被干擾信號(hào)所覆蓋。

4）地面瞬變電磁法勘探的方法，一般只能將線圈水平放于地面進(jìn)行測(cè)量，而煤礦井下瞬變電磁法可以將線圈平面以任意的角度放置于巷道或工作面之中進(jìn)行全方位測(cè)量，能夠有效探測(cè)線圈平面法線方向一定深度內(nèi)含水異常體垂向和橫向發(fā)育的水文地質(zhì)規(guī)律。因此，通過(guò)對(duì)發(fā)射線圈方位的細(xì)節(jié)調(diào)整完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)巷道內(nèi)頂板和底板一定范圍內(nèi)含水低阻異常體分布規(guī)律的準(zhǔn)確探測(cè)。

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

物探數(shù)據(jù)的采集由電腦自動(dòng)控制進(jìn)行，自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)分析，與電腦連接可實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)回放，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。由于探測(cè)采用的是小線框，各測(cè)點(diǎn)的距離可以根據(jù)勘探任務(wù)要求發(fā)生變化。但進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí)，采用多匝線圈，在巷道側(cè)一幫進(jìn)行測(cè)量時(shí)，線框平面可以根據(jù)探測(cè)任務(wù)的要求設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的探測(cè)方向。由于發(fā)射線框和接受線框分別為匝數(shù)不等、并且安全分離的兩個(gè)獨(dú)立線框，用以與地下（前方）異常體產(chǎn)生最佳耦合效果互相響應(yīng)。

2.3 資料處理流程

瞬變電磁資料的處理和解釋工作往往是同時(shí)交互進(jìn)行的，它們之間存在一種從實(shí)踐到認(rèn)識(shí)的提高過(guò)程。資料解釋是建立在資料處理后的視電阻率擬斷面圖的基礎(chǔ)上。在初步解釋成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步調(diào)整處理的窗口之后，再作反復(fù)的分析及解釋，必要時(shí)可進(jìn)行反復(fù)的處理及解釋，如圖1所示。

在首先進(jìn)行了原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的整理之后，經(jīng)過(guò)反復(fù)進(jìn)行畸變數(shù)據(jù)的剔除與校正、各測(cè)點(diǎn)的視電阻率反演與正演以及與地層地質(zhì)資料的對(duì)比等過(guò)程，最終繪制出測(cè)線的視電阻率等值線圖。

2.4 工作量

本階段探測(cè)工作在20406材料道共進(jìn)行3次物探，在20408材料道共進(jìn)行2次物探，為更好地驗(yàn)證本次物探結(jié)果的可靠性，王晁煤礦利用MYJ-650型專用探放水鉆機(jī)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，鉆探過(guò)程中，僅有少量出水現(xiàn)象，估測(cè)水壓應(yīng)小于0.1 MPa，出水量在3～5 m3/h，由此證明，此次瞬變電磁法的效果較好，結(jié)論較為準(zhǔn)確。

2.5 探測(cè)結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

本次對(duì)馬樓斷層探測(cè)采用物探與鉆探相結(jié)合的方法，瞬變電磁法選取得當(dāng)、設(shè)計(jì)合理，每次物探后均進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，在資料處理時(shí)，加強(qiáng)了資料的分析對(duì)比研究力度，獲得了良好的地質(zhì)效果。此階段的探測(cè)均未探測(cè)到明顯斷層特征，出水量較為頂板砂巖含水層及薄層灰?guī)r裂隙含水層所致，后經(jīng)掘進(jìn)實(shí)測(cè)揭露煤巖層傾角在15°～20°，較之前正常塊段的5°～8°明顯變大。原生產(chǎn)礦井地質(zhì)報(bào)告提供的馬樓斷層，是根據(jù)鉆孔高差與正常煤巖層傾角推斷，由此證明該推斷方法可靠性性差，與實(shí)際差距較大。通過(guò)探測(cè)結(jié)果綜合分析馬樓斷層在204采區(qū)南翼局部區(qū)域落差變小并尖滅，但未探測(cè)區(qū)域不能排除存在斷層的可能，斷層落差修正為0～62 m。