山东能源临矿集团田庄煤矿物探技术应用情况

摘要：物探技术在煤矿的应用，需建立专业性的物探发展研究机构，构建新技术体系与机制；实现适应煤矿特殊地质环境、多目标填图与探测、自我发展、自我创新、自主知识产权的物探体系与机制宏伟目标，可以更好地为国民经济、社会可持续发展提供高新技术支撑。推动物探应用基础理论与方法技术的进步，其任重而道远。

关键词：煤矿物探；水文地质；物探方法；心得体会

中图分类号：X752文献标识码： A

一、矿井水文地质情况简介

田庄煤矿位于兖州向斜西部翘起端的边缘部分，开采石炭系上统太原组16层和17层两个薄煤层。井田构造形态为一阶梯式南东向倾伏的向斜，次一级宽缓褶皱和断裂构造发育，矿井水文地质类型复杂，局部受底板承压水威胁，下伏的十三、十四灰含水层富水性中等，基底奥灰富水性中等～强,水源充沛。2009年《煤矿防治水规定》实施以来，我们多次应用物探技术，进一步查清了井下水文地质条件，为安全生产提供了较为详细的技术资料。

二、物探方法及工程量

为查明采掘工作面水文情况，确保采掘工作面不受水害威胁，2009年以来，矿井先后委托煤炭科学研究总院西安分院、中国矿业大学、福建华虹科技有限公司、华北科技学院、北京华安奥特科技有限公司、山东泰山地质勘查公司第一工程处等单位采用音频电透视、高分辨率电测深、瞬变电磁、高密度电法、井下地质仪等技术进行了掘进迎头超前物探、工作面顶底板水情探查。5年来累计探测工作面十余个，迎头超前探查13000多米，对物探查出的水情分别采取了针对性的治理措施，杜绝了掘进工作面水害事故的发生，保证了安全生产。

三、实际应用情况

1．工作面开采前水情的物理探查

二水平第一个工作面是16层煤的5601工作面，开采前底板十三、十四灰承压水位-66m，威胁安全生产；对底板水疏放3个月，水位仅降至-100m，突水系数0.13MPa/m仍大于临界突水值。2009年6月，矿井委托煤炭科学研究总院西安研究院使用矿井音频电透视和高分辨电测深两种技术，对该工作面进行了综合探测工作，完成剖面6条，控制巷道底板垂向剖面长度2160m；音频电透视供电点86个，实测工作量2128个物理点，提交《5601工作面井下电法综合探测成果报告》，查明煤层底板下0～50m深度层段内存在7处水文异常、8个潜在突水点。对此，我们编制了底板水治理方案和措施，先后施工23个注浆钻孔（进尺1864.2m），注入水泥618.5t后，进行了42天的疏水降压,水位降至-190m，突水系数为0.056MPa/m，小于突水临界值。我们再次采用矿井音频电透视及高分辨电测深两种方法对治理效果进行了检测，未发现异常；施工的3个检查钻孔验证注浆治理达到了预期效果，工作面开采具备了安全开采条件。2009年4月，该面开始回采，至2010年底，安全开采顺利结束。

2．掘进巷道超前物探，提前消除水害隐患

2013年5月，沿16层煤掘进的7602上顺槽施工至17号测量点，使用高密度电法仪与瞬变电磁仪结合，对掘进迎头前方水情进行了第六次超前物理探测，发现前方35米至46米存在1处明显的富水异常区。物探成果显示，异常区在顺层、顶、底板方向上均呈现低阻反应，对比前5次物探情况分析，此处异常可能为构造含导水，遂停止迎头掘进，对异常区进行钻探。施工的1号钻孔出水量45m³/h、水压0.8MPa；2号孔水量26m³/h，水压0.5MPa。水质化验分析，出水层位为16层煤的直接顶板十下灰岩。疏放水6天后，钻孔出水量降至4m³/h以下，恢复掘进。巷道掘至异常区处，发现为一条落差7.0m的正断层，断层两盘岩层破碎、断层面出水6m³/h，后经继续疏放、出水逐渐消失。本次物探为掘进提供了有效的“预测预报”，后经钻探疏放，消除了水害水患，确保了安全生产。

3．水患治理中的物理探测

2010年6月，二水平东翼皮带巷沿17层煤掘进期间，巷道右帮底板出水，初始水量20m3/h，稳定水量58m3/h，水压0.15MPa。突水发生后施工了4个钻孔进行注浆，均未取得明显效果。

为尽快解决断层突水，2011年5月，矿井采用瞬变电磁法对出水点前后100m内进行了物理探测，查明巷道右帮有一条平行正断层，出水点前后30m内，断层与巷道间距3～10m，该断层富水；断层中部的外侧有片明显的富水异常区域。据此，重新编制了打钻设计和注浆方案，分别针对断层和富水异常区施工3个钻孔。其中，1号钻孔打在异常区，孔内注入水泥12吨后，出水点水量略有减小；2、3号钻孔打在断层后，注入刨花、锯沫2325kg、碎编织袋12个，出水点水量降至25 m3/h；2、3号钻孔又注入水泥44.4吨、水玻璃1.3吨时，突水量剩余2.8 m3/h，堵水率达到95.2%；在本次出水治理中，物探为钻探注浆起到了很重要的指导作用。

四、心得体会

经过近几年不同物探技术的实践应用，我们认为:

1.物探技术对于生产矿井十分必要。物理探测应该超前进行，及时分析；对物探测出的异常必须钻探验证，并采取疏水、注浆等针对性措施进行治理。超前物探能够及时查明前方水情，起到很好的“预测预报”的效果；治理水患时能指导我们合理布置钻探，有效减少钻探工程量，节省时间，节约治理资金，降低生产成本。

2．物探需要提高对水情探测的准确性。地球物理勘探技术探测水情时，现场影响因素很多，不同人员分析解释各有差异，任何单一物探方法都存在一定局限性。瞬变电磁和高密度电法主要以探水为主，同样为探水，如能采用两种方法分别探测，将其结果对比，取其共同之处，结果的准确性则将大为提高，对水情的预测预报更有针对性，对安全生产的指导更为实用。

3．物探技术需提高对构造的识别和探测。目前，大多物探仪器通过检测低电阻值判断含导水性或富水异常区，一般缺乏对断层、褶曲等地质构造的识别，无法判断断层落差大小；影响了物探技术对生产指导作用。新近上市了一种地质仪，通过地震波式探测前方是否存在断裂构造，但还不能准确判别是褶曲或是断裂，还不能准确判别断裂的落差大小。目前条件下，如能联合使用瞬变电磁仪和地质仪，地质仪探测出的构造异常与瞬变电磁水情异常如果重合，异常区往往是断层，且具有一定含（导）水性。

4．生产矿井的物探应用必须降低费用。2014年以来，煤炭需求依旧低迷，产能过剩并没改观，销售价格价格一直低位运行，不时出现下滑，煤炭企业经济运行十分艰难。越是困难越要保安全，保不了安全更困难。因此，生产矿井既要继续开展物探技术的应用，又在当前严峻经济形势下，努力降低投入费用。2013年5月以来，我们在集团公司的组织下，兄弟矿井集合各自的瞬变电磁仪、高密度电法仪、坑透仪等各种物探仪器、施测人员、专业解译等，共同合作，自己施测、采集数据并分析，查明水情进行治理，不再通过外委进行物探，仅我矿2013年就节约物探费用50多万元。目前，各矿都有一定的物探设备，但在本矿内部并不经常使用，同时又需要其他某种物探设备进行探测。通过去年的实践，我们建议，公司可收集各矿已有的物探仪器，配齐物探必要设备，抽调各矿专业人员，成立一支专门的物探专业队伍，既能满足生产矿井安全需要，还能提高工作效率、锻炼职工队伍，发挥物探仪器的最大效能。