用瞬变电磁法探测麦垛山煤矿疑似封闭不良钻孔

张卫军

(神宁集团麦垛山煤矿)

用瞬变电磁法探测麦垛山煤矿疑似封闭不良钻孔

张卫军

(神宁集团麦垛山煤矿)

麦垛山煤矿以往地质勘探施工的个别钻孔由于封闭不良，导通了直罗组底部砂岩含水层而引发突水，给矿井的安全生产带来了严重影响。故采用瞬变电磁法(Transient electromagnetic method,TEM)对该矿130604工作面机巷和辅助运输巷范围内的疑似封闭不良钻孔进行了超前探测，判断其封闭可靠情况，并分别采取了相应措施，有效保障了井巷安全掘进。

瞬变电磁法 封闭不良钻孔 超前探测

麦垛山煤矿130602工作面2#风巷在掘进过程中，由于以往地质勘探施工的2504钻孔封闭不良，导通了直罗组底部砂岩含水层水而造成突水，最大突水量达到400 m3/h，严重影响了矿井的安全生产。在130604工作面机巷和辅运巷附近赋存的9个地质勘探钻孔中，由于早期施工的钻孔存在封闭不良现象或存在事故钻孔，该类钻孔可将煤层顶、底板各含水层沟通，当巷道掘进或工作面回采揭露该类钻孔时，含水层中的水可能会通过该类封闭不良钻孔进入工作面，其水害具有突发性和隐蔽性，是矿井安全生产的重要水灾隐患。为此，本研究采用瞬变电磁法[1-3]对其中6个疑似封闭不良钻孔进行超前探测，判断其封闭可靠性及富水性，在此基础上采取相应的措施，保障井巷安全掘进。

1 井下瞬变电磁法工作原理

1.1 原理特性

瞬变电磁超前探测方法又称为时间域电磁法，具有探测方向性强、分辨率高、探测距离远、对低阻区含水体敏感、施工快速、布置灵活等优点，可全方位探测巷道顶板、底板、侧帮和掘进迎头前方等方向构造破碎带的位置、含水岩层的赋水性情况[4-6]。YCS2000矿用瞬变电磁仪采用偶极装置进行探测，发射线框和接收线框为2个独立的线框。探测时主机与发射机的间距一般大于2 m。矿井瞬变电磁法超前探测是将发射线框、接收线框垂直放置于掘进工作面后方(图1)，转换不同角度则可探测掘进头前方或侧方一定范围内电阻率的分布情况，据此推断巷道掘进工作面前方是否存在含水异常体。

图1 TEM超前探测装置布置

1.2 工作方法

本研究超前探测采用横向、纵向2种扇形探测方式。横向扇形探测方式首先使发射线框、接收线框的法线方向垂直于巷道左帮进行探测；然后在水平面内旋转线框，使线框的法线方向由巷道左帮每隔一定角度向右帮旋转，旋转至垂直巷道右帮为止，形成一个横向的扇形测线，反向旋转亦可(图2(a))。纵向扇形探测方式首先使发射线框、接收线框的法线方向垂直于巷道顶板进行探测；然后在垂直面内旋转线框，使线框的法线方向由巷道顶板每隔一定角度向底板旋转，旋转至垂直巷道底板为止，形成一个纵向的扇形测线，反向旋转亦可(图2(b))。

图2 矿井瞬变电磁法探测方式

1.3 瞬变电磁法工程设计

由于物探方法存在多解性和系统误差，故本研究设计采用物探手段探测封闭不良钻孔的成果仅能为钻探提供一个相对准确的靶区，在此基础上需采用钻探方式进一步验证物探成果的准确性。

(1)测量。使用OS-602G全站仪进行导线测量及钻孔定位，测角精度2″，测距精度(2+2×10-6×D)(D为测距)mm。

(2)物探。超前探测6次，探测长度1 800 m，侧帮探测2次，探测长度600 m，施工物探点390个。

(3)钻探。施工探查钻场6个，钻孔17个，钻探工程量1 280 m，安装止水套管340 m。据《煤矿防治水规定》，超前探查过程中超前距与帮距可按下式计算

式中，L为帮距与超前距，m；K为安全系数，一般取2～5；M为煤层厚度或采高，m；p为水头压力，MPa；Kp为煤的抗拉强度，MPa。

2 工程应用

采用侧帮数据采集法，分别采集了水平方向、仰角10°方向和仰角20°方向视电阻率等值线3个断面，其中水平方向视电阻率等值线断面如图3所示。3003钻孔采用超前探测方式，巷道顶板30°方向低阻异常等值线、顺层方向低阻异常等值线、底板30°方向低阻异常等值线如图4所示，其他钻孔采用类似方法进行超前探测。

图3 辅运巷侧帮水平方向视电阻率等值线断面

图4 3003钻孔施工平面

侧帮沿探测深度方向视电阻率整体呈现高—低—高的变化趋势，距辅运巷90～120m范围内存在多处低阻异常区，2403钻孔超前探测时，视电阻率整体变化趋势为高—低—高，在靠近辅运巷位置各有一处低阻异常区。经钻探验证，低阻异常区终孔涌水量均小于1 m3/h，钻孔少量涌水为6#煤层顶板砂岩含水层水，在有效探查区域范围内排除存在封闭不良钻孔的可能。在巷道实际掘进过程中，已安全通过探查区域。

3003钻孔瞬变电磁超前探测预报迎头前方20～100 m范围内顶板30°、顺层和底板30°方向各存在一处低阻异常区，命名为A异常区。异常强度沿顶板30°—顺层—底板30°方向呈逐渐减弱的变化特征，异常范围基本一致。顶板30°方向迎头前方30～60 m附近存在一局部异常，异常强度强。结合已有探测资料，迎头前方50 m处附近存在3003钻孔，恰好位于顶板30°方向A异常区迎头前方30～60 m位置的局部异常边界附近，推断A异常区可能为3003钻孔漏水使附近岩层相对富水或相应位置裂隙发育局部富水的反应。该段巷道在掘进过程中制定了安全掘进方案，并采取了安全技术措施，在3003钻孔3 m范围内，帮锚杆眼出现37 ℃的淋水，涌水量达3 m3/h，验证了A异常区的存在，根据水温判断3003钻孔下部封孔不良，可判定该钻孔为封孔不良钻孔。

3 结 语

以麦垛山煤矿130604工作面为例，对该工作面机巷和辅助运输巷范围内的疑似封闭不良钻孔采用瞬变电磁法进行了探测，有效发现了封孔不良钻孔，并采取了相应的安全措施，基本控制了封闭不良钻孔的水害威胁，保障了井巷掘进安全。

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2016-08-01)

张卫军(1972—)，男，高级工程师，750408 宁夏银川市。