姚 遠(yuǎn)，馮國棟，劉維新

（兗礦能源集團(tuán)股份有限公司濟(jì)寧二號煤礦，山東 濟(jì)寧 272000）

濟(jì)寧二號煤礦93下11 回采工作面位于九采區(qū)西部，東北側(cè)為93下09 面采空區(qū)，工作面上方為93上13 面和93上15 工作面采空區(qū)。工作面開采93下煤層，厚度2.4～5.1 m，平均3.34 m。煤層厚度變化較大，工作面東北部臨近3下煤層沖刷變薄區(qū)，受其影響煤層變?。?工作面西南部煤層較厚，煤層結(jié)構(gòu)簡單。為保證工作面的安全回采，需查明工作面內(nèi)存在的異常地質(zhì)構(gòu)造和工作面的富水情況。采用無線電波坑道透視技術(shù)對工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測，查明工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造情況；采用瞬變電磁法對工作面及采空區(qū)影響區(qū)域富水異常體進(jìn)行探測，查明工作面內(nèi)及相鄰采空區(qū)影響區(qū)存在的富水異常體。通過以上2 種物探方法對93下11 工作面存在的隱蔽地質(zhì)致災(zāi)因素進(jìn)行探查，以提高煤礦地質(zhì)災(zāi)害的治理能力。

1 物探方法原理及設(shè)備

1.1 無線電波坑道透視法

利用無線電波坑道透視法解決地質(zhì)構(gòu)造問題，主要是利用不同巖石的電阻率、介電常數(shù)等電性差異，在發(fā)射高頻電磁波傳播過程中，不同巖石對其能量吸收的大小各不相同，電阻率高的巖石對電磁波能量吸收小，相反則吸收大。根據(jù)這個(gè)原理，可以利用無線電波來探測巖層中出現(xiàn)的斷層、裂隙以及煤層突變區(qū)。本次探測采用WKT-E 型坑道透視儀。無線電波透視工作法原理如圖1 所示。

圖1 電磁波透視法工作原理

1.2 瞬變電磁法

利用瞬變電磁法勘探解決地質(zhì)問題的前提條件是地質(zhì)體和圍巖存在電性差異。完整巖層的電阻率較高；但當(dāng)其出現(xiàn)破碎、構(gòu)造裂隙發(fā)育時(shí)，其電阻率會出現(xiàn)顯著變化。當(dāng)構(gòu)造裂隙不充水時(shí)，其導(dǎo)電性會顯著降低，電阻率增大；而當(dāng)構(gòu)造裂隙充含水時(shí)，其導(dǎo)電性會顯著增強(qiáng)，電阻率降低。在電法資料上會形成等值線扭曲、凹陷等低阻異?，F(xiàn)象。本次探測采用terraTEM 瞬變電磁儀。

2 工作面探測數(shù)據(jù)采集

2.1 無線電波坑道透視數(shù)據(jù)采集

軌道順槽布置測線450 m，發(fā)射點(diǎn)10 個(gè)，點(diǎn)距50 m，對應(yīng)的運(yùn)輸順槽接收點(diǎn)132 個(gè)，點(diǎn)距10 m。運(yùn)輸順槽探測起點(diǎn)位于切眼位置處，布置測線450 m，發(fā)射點(diǎn)10 個(gè)，點(diǎn)距50 m，對應(yīng)的軌道順槽接收點(diǎn)132 個(gè)，點(diǎn)距10 m。93下11 切眼探測起點(diǎn)位于軌道順槽，布置測線220 m，軌道順槽發(fā)射點(diǎn)3 個(gè)，點(diǎn)距50 m，對應(yīng)93下11 切眼接收點(diǎn)27 個(gè)，點(diǎn)距10 m。運(yùn)輸順槽發(fā)射點(diǎn)3 個(gè)，點(diǎn)距50 m，對應(yīng)93下11 切眼接收點(diǎn)28 個(gè)，點(diǎn)距10 m。本次無線電波坑道透視共設(shè)計(jì)測線長度1 120 m，布置發(fā)射點(diǎn)26 個(gè)，接收點(diǎn)319 個(gè)，如圖2 所示。

圖2 無線電波透視法工作原理

2.2 瞬變電磁法數(shù)據(jù)采集

軌道順槽探測起點(diǎn)位于切眼位置處，測點(diǎn)間距10 m，共探測450 m，布置物理測點(diǎn)46 個(gè)。運(yùn)順順槽探測起點(diǎn)位于切眼位置處，測點(diǎn)間距10 m，共探測450 m，布置物理測點(diǎn)46 個(gè)。切眼探測起點(diǎn)位于軌道順槽，測點(diǎn)間距10 m，共探測220 m，布置物理測點(diǎn)23 個(gè)。本次瞬變電磁法共設(shè)計(jì)測線長度1 120 m，布置測點(diǎn)115 個(gè)。

根據(jù)此次探測任務(wù)要求和巷道實(shí)際情況，軌道順槽、運(yùn)輸順槽探測內(nèi)幫頂板30°、60°、90°，底板30°、60°，外幫頂板45°六個(gè)探測方向，測點(diǎn)間距10 m。93下11 工作切眼探測內(nèi)幫頂板30°、60°、90°，底板30°、60°，外幫頂板45°、順層、底板45°八個(gè)探測方向，測點(diǎn)間距10 m，如圖3 所示。

圖3 工作面軌道順槽、運(yùn)輸順槽和切眼瞬變電磁勘探探測方向

3 工作面探測結(jié)果分析

3.1 無線電波坑道透視結(jié)果分析

通過對93下11 工作面坑道透視數(shù)據(jù)的處理分析，得出初始場強(qiáng)H0=286 977 dB，吸收系數(shù)B=-0.147 696 dB/m。根據(jù)所選定參數(shù)進(jìn)行回歸分析和數(shù)據(jù)處理分析，得出衰減層析成像色塊如圖4所示。

圖4 工作面坑透探測衰減層析成像色塊圖及坑透成果

結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料和坑透探測衰減層析成像色塊圖分析，解釋斷層6 條，分別命名為DF1、F91011、F91103、F91105、DF58、DFr43； 解釋構(gòu)造異常區(qū)一處，命名為K1。無線電透視解釋的6 條斷層，與順槽揭露和三維地震勘探解釋的斷層進(jìn)行對比，其中5 條斷層與順槽揭露和三維地震勘探解釋的位置基本一致，有3 條斷層走向在面內(nèi)存在較大變化，分別為F91011、F91103和F91105正斷層，另一條坑透解釋斷層DF1（H=2.5 m）位于設(shè)計(jì)停采線附近。

3.2 瞬變電磁探視結(jié)果分析

通過對工作面瞬變電磁勘探視電阻率等值線斷面圖分析，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，經(jīng)過對所得到的相對低阻異常區(qū)進(jìn)行分析。本次瞬變電磁探測在工作面頂板探測范圍內(nèi)圈定相對低阻異常區(qū)1處，底板探測范圍內(nèi)無相對低阻異常區(qū)。

Ⅰ號相對低阻異常區(qū)位于運(yùn)輸順槽距切眼0～70 m。切眼距運(yùn)輸順槽0～70 m 范圍內(nèi)，推斷為上方93上15 工作面采空區(qū)局部低洼點(diǎn)富水所致，異常區(qū)縱向分布高度10～38 m。

4 根據(jù)物探結(jié)果進(jìn)行探查

4.1 工作面斷層探測

2022 年11 月，工作面推進(jìn)至斷層密集區(qū)。為查明工作面前方斷層位置及走向變化情況，結(jié)合物探資料，地質(zhì)測量科組織綜采一區(qū)工作面超前鉆探。根據(jù)探測斷層在工作面的延展情況、工作面鉆孔資料和順槽煤層傾角等信息，在工作面早班檢修期間，每周進(jìn)行超前探測2 次，每次設(shè)計(jì)鉆孔4 個(gè)，鉆孔深度18 m，以探明斷層準(zhǔn)確位置。

工作面回采期間，在75#架累計(jì)施工探測鉆孔3 個(gè)，鉆探進(jìn)尺45 m，基本控制了SF91313（H=3.5 m）斷層在工作面的走向變化；在120#、115#、100#、90#架施工探測鉆孔8 個(gè)，鉆探進(jìn)尺80 m，否定了原物探解釋9F5（H=0～5.0 m）斷層；在125#、120#架施工鉆孔4 個(gè)，鉆探進(jìn)尺28 m，查明了F91011（H=4.3 m）斷層在工作面延展情況； 在60#、70#、110#施工鉆孔5 個(gè)，鉆探進(jìn)尺49 m，基本控制了SF91313（H=3.5 m）斷層在工作面走向變化。

本次鉆探工程累計(jì)施工探測鉆孔20 個(gè)，累計(jì)鉆探進(jìn)尺202 m，基本控制了SF91313（H=3.5 m）、F91103（H=3.3 m）斷層在面內(nèi)走向情況，查明了F91011（H=4.3 m）斷層在面內(nèi)延展情況，否定了原物探解釋9F5（H=0～5.0 m）斷層，鉆孔效果達(dá)到工程設(shè)計(jì)目的。工作面超前探測占用時(shí)間短，探測精度高，配合生產(chǎn)技術(shù)科制定的過斷層方案，為工作面安全高效回采提供了地質(zhì)保障。

根據(jù)鉆探成果及時(shí)調(diào)整工作面割煤層位及采高，減少了斷層造成頂、底煤的損失，提高了回采率。11 月份工作面推進(jìn)97.55 m。根據(jù)工作面實(shí)際割煤采高計(jì)算，工作面回采率增加2.37%，多回收煤炭資源2 640 t，以噸煤利潤500 元計(jì)算，創(chuàng)效132.0 萬元。

4.2 富水異常區(qū)探放

對瞬變電磁探查出的異常區(qū)，設(shè)計(jì)了三個(gè)鉆孔進(jìn)行疏放水，結(jié)果有少量積水，推斷為上方93上15 工作面采空區(qū)局部低洼點(diǎn)富水所致。

5 結(jié)語

本次結(jié)合物探成果和現(xiàn)場情況，提前對富水區(qū)和斷層進(jìn)行鉆探，鉆探工程鉆孔設(shè)計(jì)，目的明確、設(shè)計(jì)合理，施工組織嚴(yán)格有序。根據(jù)鉆探成果，制定最優(yōu)回采方案，合理控制割煤層位，減少過斷層造成的頂、底煤損失，增加了工作面回采率，減少了自然發(fā)火隱患，確保了工作面的安全回采。