王鵬江

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)朔州煤電有限公司，山西 懷仁 038300）

水害是煤礦五大災(zāi)害之一[1-3]，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)影響巨大。物理探測(cè)技術(shù)已在煤礦防治水工作中廣泛應(yīng)用，但是由于不同地質(zhì)條件，不同物理探測(cè)方法其結(jié)果往往具有一定的差異性，需要綜合判斷方能指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)[4-5]。

1 工程概況

1.1 工作面概況

小峪煤礦主要開(kāi)采石炭系3-5 號(hào)煤層和8 號(hào)煤層，開(kāi)采標(biāo)高+800～+1200 m。寒武-奧陶系巖溶含水層水位標(biāo)高+900～+1180 m，5 號(hào)煤層相對(duì)奧灰含水層大部分為帶壓開(kāi)采。301 盤(pán)區(qū)5 號(hào)層8103 工作面位于井田中北部，工作面北部為H=47 m 斷層，南部為301 盤(pán)區(qū)右翼回風(fēng)巷和右翼皮軌合一巷，西部與東部均為實(shí)體煤。其中，5103 巷長(zhǎng)890 m，2103 巷長(zhǎng)1030 m，工作面寬180 m，工作面煤層坡度平緩，煤質(zhì)疏松。5 號(hào)煤層厚4～7.2 m，平均5.6 m，煤層自然傾角2°～5°，平均為3°。工作面布置如圖1。

圖1 工作面布置圖

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

8103 工作面范圍內(nèi)有三條斷層影響，F(xiàn)8 正斷層位于2103 巷里程40 m 處，影響范圍15 m，走向北東25°～45°，傾向北西，傾角65°，落差約2 m，延伸長(zhǎng)度30 m。F9正斷層位于2103巷里程270 m處，影響范圍25 m，走向北西60°，傾向南西，傾角75°，落差約3 m，延伸長(zhǎng)度50 m。F303 正斷層位于8103 工作面北部，走向北西，傾向南西，傾角60°，落差47～50 m，井田內(nèi)延伸長(zhǎng)度＞1800 m。

2 綜合物探分析

2.1 無(wú)線(xiàn)電波坑道透視分析

（1）測(cè)點(diǎn)布置

在8103 工作面2103 巷和5103 巷中同時(shí)進(jìn)行施工，8103 工作面2103 巷和5103 巷分別布置86 個(gè)接收采集測(cè)點(diǎn)，接收點(diǎn)距10 m，16 個(gè)發(fā)射點(diǎn)，發(fā)射點(diǎn)距50 m。每個(gè)發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)11 個(gè)接收點(diǎn)。每個(gè)發(fā)射點(diǎn)發(fā)射時(shí)長(zhǎng)預(yù)計(jì)3 min，搬站時(shí)長(zhǎng)預(yù)計(jì)2 min，單巷發(fā)射完畢需80 min，8103 工作面全部發(fā)射接收采集時(shí)長(zhǎng)共需160 min。

（2）探測(cè)結(jié)果分析

結(jié)合工作面地質(zhì)資料，通過(guò)分析8103 工作面無(wú)線(xiàn)電波坑道透視結(jié)果（如圖2 所示），確定了2個(gè)高阻異常區(qū)和2 個(gè)低阻異常區(qū)，結(jié)論如下：

圖2 8103 工作面煤層無(wú)線(xiàn)電波坑道透視結(jié)果圖

① 工作面采位0～50 m為本次探測(cè)區(qū)域異常區(qū)，即1 號(hào)低阻異常區(qū)，影響范圍小，主要影響靠近2103 巷，推斷異常區(qū)為斷層破碎帶。因此，建議打鉆驗(yàn)證，回采工作前提前準(zhǔn)備過(guò)斷層措施，加強(qiáng)頂板支護(hù)，做好預(yù)防奧灰突水措施和排水工作，做好預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。

② 采位750～850 m 為本次探測(cè)區(qū)域異常區(qū)，為2 號(hào)低阻異常區(qū)，異常反應(yīng)明顯，主要影響靠近5103 巷，推斷異常區(qū)為斷層破碎帶。煤厚異常變薄，建議打鉆驗(yàn)證，回采工作前提前準(zhǔn)備過(guò)斷層措施，加強(qiáng)頂板支護(hù)，做好預(yù)防奧灰突水措施和排水工作，做好預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。

③ 2103 巷20～30 號(hào)點(diǎn)和5103 巷515～532 號(hào)點(diǎn)之間、2103 巷55～60 號(hào)點(diǎn)和5103 巷560～565 號(hào)點(diǎn)之間煤層異常增厚帶（層滑逆斷層），這些區(qū)域煤層頂?shù)装鍘r石破碎，要加強(qiáng)防漏頂工作。

2.2 音頻直流電透視分析

（1）測(cè)點(diǎn)布置

在8103 工作面5103 巷和2103 巷中同時(shí)進(jìn)行施工，8103 工作面5103 巷布置86 個(gè)接收坐標(biāo)測(cè)點(diǎn)，接收點(diǎn)距10 m，16 個(gè)發(fā)射點(diǎn)，發(fā)射點(diǎn)距50 m；2103 巷布置86 個(gè)接收坐標(biāo)測(cè)點(diǎn)，接收點(diǎn)距10 m，16 個(gè)發(fā)射點(diǎn)，發(fā)射點(diǎn)距50 m。本次探測(cè)測(cè)點(diǎn)間距設(shè)定為10 m，發(fā)射點(diǎn)間距為50 m，每個(gè)發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)30 個(gè)接收點(diǎn)。本次物探工作在8103 工作面5103巷、2103 巷各布置發(fā)射點(diǎn)16 個(gè)，共計(jì)32 個(gè)發(fā)射點(diǎn)。為了探測(cè)該區(qū)段頂板上不同深度的水文地質(zhì)狀況，礦井音頻電透視施工時(shí)采用F=128 Hz、16 Hz 兩個(gè)頻點(diǎn)依次發(fā)射采集。

（2）探測(cè)結(jié)果分析

① 電導(dǎo)率層析分析

8103 工作面音頻直流電透視電導(dǎo)率層析成像結(jié)果如圖3 和圖4。8103 工作面底板方向探測(cè)128 Hz 電導(dǎo)率平面圖中最大電導(dǎo)率值為23.3 S/m，最小電導(dǎo)率值為12.5 S/m，平均為18 S/m，說(shuō)明工作面底板下方40 m 水平切面內(nèi)僅5103 巷780 m 處和5103、2103 巷500 m 處局部存在含水區(qū)域；8103工作面底板方向探測(cè)16 Hz 電導(dǎo)率平面圖中最大電導(dǎo)率值為11.8 S/m，最小電導(dǎo)率值為7.2 S/m，平均為9.4 S/m，說(shuō)明工作面底板下方80 m 水平切面內(nèi)僅5103 巷780 m 處和5103、2103 巷450～500 m 處局部存在含水區(qū)域。

圖3 8103 工作面底板方向探測(cè)128 Hz 電導(dǎo)率平面圖

圖4 8103 工作面底板方向探測(cè)16 Hz 電導(dǎo)率平面圖

② 電阻率層析分析

通過(guò)探測(cè)可知，8103 工作面底板方向探測(cè)128 Hz 電阻率平面圖中最大電阻率值為130 Ω·m，最小電阻率值為30 Ω·m，平均為70 Ω·m，說(shuō)明工作面底板下方40 m 水平切面內(nèi)僅5103 巷780 m 處和5103、2103 巷500 m 處局部存在含水區(qū)域；8103工作面底板方向探測(cè)16 Hz 電導(dǎo)率平面圖中最大電阻率值為230 Ω·m，最小電導(dǎo)率值為60 Ω·m，平均為100 Ω·m，說(shuō)明工作面底板下方80 m 水平切面內(nèi)僅5103 巷780 m 處和5103、2103 巷450～500 m 處局部存在含水區(qū)域。

2.3 瞬變電磁探測(cè)分析

（1）測(cè)點(diǎn)布置

在5103 巷和2103 巷進(jìn)行瞬變電磁數(shù)據(jù)采集，另外在切巷及皮軌巷也進(jìn)行了采集，共布置4 條測(cè)線(xiàn)，分別在5103 巷、2103 巷、切巷、皮軌巷中進(jìn)行。

（2）探測(cè)結(jié)果分析

結(jié)合工作面地質(zhì)資料，對(duì)8103 工作面瞬變電磁探測(cè)底板不同深度電壓平面等值線(xiàn)圖（如圖5 所示）進(jìn)行分析，確定了2 個(gè)高電壓異常區(qū)，結(jié)論如下：

圖5 8103 工作面瞬變電磁探測(cè)底板電壓平面切片圖

① 根據(jù)礦方提供的8103 工作面等高線(xiàn)、等厚線(xiàn)圖和實(shí)際揭露地質(zhì)資料，結(jié)合坑透探測(cè)成果，分析認(rèn)為工作面5103 回風(fēng)巷側(cè)探測(cè)400～500 m 范圍為本次探測(cè)區(qū)域異常區(qū)，即1 號(hào)高電壓異常區(qū)，且在60～70 m 深度達(dá)到最大值，推斷異常區(qū)為斷層破碎帶。因此，建議打鉆驗(yàn)證，回采工作前提前準(zhǔn)備過(guò)斷層措施，加強(qiáng)頂板支護(hù)，做好預(yù)防奧灰突水措施和排水工作，做好預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。

② 根據(jù)礦方提供的8103 工作面等高線(xiàn)、等厚線(xiàn)圖和實(shí)際揭露地質(zhì)資料，結(jié)合瞬變探測(cè)成果，分析認(rèn)為工作面5103 回風(fēng)巷側(cè)探測(cè)700～750 m 范圍為本次探測(cè)區(qū)域異常區(qū)，即為2 號(hào)低阻異常區(qū)。異常反應(yīng)明顯，主要影響靠近5103 巷，推斷異常區(qū)為斷層破碎帶，并且煤厚異常變薄，建議打鉆驗(yàn)證，回采前提前準(zhǔn)備過(guò)斷層措施，加強(qiáng)頂板支護(hù)，做好預(yù)防奧灰突水措施和排水工作，做好預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。

3 物探成果綜合分析

綜合分析以上3 種物探成果，發(fā)現(xiàn)4 處低阻異常區(qū)域，異常區(qū)域位置和形態(tài)基本一致，三種方法起到了相互印證的作用。

（1）異常區(qū)一位于8103 工作面切眼附近，主要在工作面進(jìn)風(fēng)巷0～50 m 位置，坑透、音頻電透、瞬變均為弱異常，分析異常區(qū)一可能為底板灰?guī)r巖層存在弱富水性區(qū)域。

（2）異常區(qū)二位于8103 工作面中部，主要在工作面進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷測(cè)點(diǎn)450～500 m 范圍，坑透、音頻電透、瞬變均為中等異常，異常區(qū)富水性相對(duì)較強(qiáng)。結(jié)合已知地質(zhì)資料，分析異常區(qū)二可能為底板灰?guī)r巖層中等富水性區(qū)域。

（3）異常區(qū)三位于8103 工作面停采線(xiàn)附近，主要在工作面進(jìn)風(fēng)巷0#點(diǎn)向東600～730 m 位置以及回風(fēng)巷0#點(diǎn)向東600～680 m 位置，進(jìn)、回風(fēng)巷瞬變電磁成果圖對(duì)應(yīng)較好，音頻電透底板下0～50 m和50～100 m 成果圖對(duì)應(yīng)較好，瞬變電磁成果異常三和音頻電透底板下0～50 m 成果異常五、底板下50～100 m 成果異常八存在異常區(qū)重疊，異常范圍相對(duì)較大，異常區(qū)富水性相對(duì)較強(qiáng)。結(jié)合已知地質(zhì)資料，分析異常區(qū)三可能為底板灰?guī)r巖層強(qiáng)富水性區(qū)域。

4 建議

根據(jù)本次8103 工作面采用無(wú)線(xiàn)電波透視、音頻電穿透和瞬變電磁三種物探技術(shù)對(duì)該工作面進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)、工作面內(nèi)部及5 號(hào)煤層底板隔水層的構(gòu)造發(fā)育情況、富水異常區(qū)的探測(cè)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料綜合分析，建議在坑透和音頻電透視異常區(qū)一、異常區(qū)二、異常區(qū)三布設(shè)探查孔。