物探技术在煤峪口矿406盘区防治水的实施

张 泱

（同煤集团煤峪口矿地测科， 山西 大同 037041）

要做好煤矿产业的可持续发展，就要尽早地解决在煤矿开采中隐藏的水害问题，目前我国已有多种先进的探测手段对煤矿水害问题进行探测，物探技术作为最直观有效的方法而被广泛使用，以此来减少煤矿水害问题的发生。

大同煤业股份有限公司煤峪口矿共有煤层20余层，目前大部分的煤层已全部开采完毕，其中，14-2 号煤层以上的含水层都连通成统一的含水体，矿井中的水大部分是通过地裂缝或采动裂缝，将大气降水和地表洪水灌入其中，使煤层出现“三带”现象，而破坏了矿井的含水层，使地下水比较容易进入到矿井中，然后被排出，导致在低地势处出现大量的采空区积水[1]。为顺利的开采15 号煤层406 盘区，提前消除水患，对406 盘区顶板层方向的采空区积水情况进行物探技术探测，调查盘区上方采空区的赋水情况，现场探测深度控制在140 m 之内，为开采的总体布局提供良好的基础条件。

1 盘区地质及水文概况

15 号煤层是大同组中最底下的煤层，406 盘区在煤峪口矿的井田中部，北部与矿界煤柱相隔，与忻州窑矿相接，南部是900 大巷，西部是408 盘区，不可采界限是0.8 m，东部不可采界限是14 号煤层。整个盘区内可开采的面积是比较规整的，从东到西的长度大约为2 510 m，从北到南的长度为890 m，面积约2 365 797 m2。盘区中部的煤层厚度是最大的，煤层有上下两层之分，上层是0.94～1.40 m 厚，下层是 0.40～4.35 m 厚，上下层的间距是 0.80～1.83 m，煤层的东中部较厚，向两侧逐渐变薄，且结构较为简单，只有局部的1～2 层有夹石，煤层厚度是0～9.27 m，平均厚度大约2.21 m。主要岩性为伪顶层，有0.10～0.50 m 厚，属灰～灰黑色粉砂岩，直接顶层，有2.0～4.0 m 厚，属浅灰色、灰色细砂岩或中粒砂岩，老顶层，有8.0～11.0 m 厚，属灰白色中、粗粒砂岩，底板层，有1.0～2.0 m 厚，属灰～灰黑色粉砂岩或细砂岩。目前正在开采的巷道位于15 号煤层底板层岩石中，采用暗斜井和暗竖井相互连接各层。

406 盘区的水文地质情况如下，积水主要集中在14 号煤层盘区的中东部，东部到底斜坑断层边界，北部到可采边界。在已经开采了的3 号、9 号、11号和14 号煤层采空区低地势处均有积水[2]，具体的采空区积水情况数据如表1 所示。

表1 406 盘区上采空积水情况

2 物探技术的实施策略

2.1 设计方案

根据被测层的岩性分析，粉砂岩的电阻率一般为 n×10 Ω·m～n×102Ω·m，砂岩的电阻率一般为 n×10 Ω·m～n×103Ω·m，煤层的电阻率一般为 n×10 Ω·m。当采空区是中空时，在空的和非采空区域中，整个层的电性会非常不同，表现出较高的电阻异常。

由于采空区的不规则性，采用物探技术可以快速、准确地找出采空区的位置及范围大小，为排出采空区的积水提供依据。在这里主要用高密度电阻率法和瞬变电磁法相结合的物探方法，对盘区内的积水进行探测，根据探测结果，基本探明了采空区位置与规模和积水情况。

406 盘区的采空区积水主要来自3 号、9 号、11号和14 号煤层，在开采前，需要探测在盘区的前方、上方以及两侧，是否在一定范围内存在采空区积水情况。主要采用瞬变电磁法进行探测，加以高密度电阻率法辅助探测，利用瞬变电磁法首先找到采空异常区后，再根据高密度电阻率法的探测结果进一步确定采空区积水情况，按照由北向南，由东向西的原则均匀分布测量线和测量点，点距为10 m，线距为200 m，由北向南设有1—6 线，由东向西设有1—11 号点。

2.2 探测作业

采用矿用瞬变电磁仪YCS2000A 型进行探测，发射机的最大电流为4.5A，在探测之前确保仪器充满电，运行状况良好，且不存在防爆不完好等情况，同时，设计师亲自到煤层盘区了解作业环境，以给出多种备选方案，及时对不利因素进行整改[3]。确保盘区的迎头停止工作，挖掘机向后退30 m，将迎头的积水排出后，除必要的监控仪器设备外，切断盘区内其他电器和电缆的电源，确保工作环境安全后开始进行探测作业。

2.3 结果分析

如果采空区中有大量的积水，就会在多测道电压剖面图上表现出高电压异常情况，在视电阻率断面图上表现出低电阻异常情况。等电压平面图[4]是反映地质变化的规律的，利用某一测道的电压变化值，根据对各测道等压平面图的分析，来判断所开采是煤层是否存在异常。

图2 多测道剖面图

图3 视电阻率断面图

从图2 上看出在测点2 号、5 号测点出现高电压异常，且幅度较大，9 号测点出现低电压异常。从图3 上看出在标高1 400～1 450 mm 上2-3 号测点、标高1 450～1 500 mm 上5-6 号测点出现低电阻异常，标高1 550～1 600 mm 上8-10 号测点出现高电阻异常。通过对瞬变电磁法和高密度电阻率法探测资料的综合分析，确定了2 处范围较大的采空积水区，积水高度3～6 m，为排除水质灾害对开采带来的威胁，对探测出的积水区进行钻探试验验证。

2.4 钻探验证

为保证探放水的安全，经总工程师及相关人员研究决定，首先在2 号和5 号测点施工两个钻孔对14 号煤层采空区进行探测，若有积水排出，则先对其进行探放排出积水以减小压力，若没有积水排出，则对下一个测点进行探测。通过对这两个孔的钻探，确定14 号煤层采空区累计排水约57 000 m3。

3 结论

在防治煤矿地质灾害中，提出采用物探技术对煤层上采空区的积水情况进行探测并验证，结论如下：

1）根据煤峪口矿15 号煤层406 盘区的地质和水文概况，采用瞬变电磁法和高密度电阻率法探测的综合探测，及时做好对井下防治水的预防和控制，维护矿井的安全生产。

2）根据对15 号煤层406 盘区上采空区积水的探测结果，对406 盘区上的2 号和5 号测点进行钻探验证，2 个钻孔共排水57 000 m3，因而确定15 号煤层406 盘区可安全进行开采。