综合物探在地质构造与水害超前探测中的应用研究

摘 要：为深入研究某矿-315米水平大巷正断层富水性与发育状况，本文主要通过三种综合物探方法对这一个大巷道实施超前探测。通过探测可以发现，探测区域之中不存在非常明显的构造，同时该区域之中没有富水异常现象存在，巷道的具体状况充分表明探测结果非常准确，进而表明使用的探测技术较为合理。

关键词：煤矿；地质构造；综合物探；超前探测

研究发现，煤矿突水事故中，岩层的富水性与地质构造的发育情况属于其中的两个关键诱因。煤矿经营生产实践中，尤其是高承压巷道掘进时，一定要先将上面的两个问题探明。作为业界较为可靠的一个超前探测方法，物探已经在矿井超前探测得到普及。然而在煤矿具体应用过程中，仅仅通过一种勘探方法很难取得理想的效果，因一种方法存在一定的局限性，无法满足超前探测要求。在生产实践中引入井下综合物探方法，充分运用各种勘探方法，细致深入的分析探测区域，把物探异常区重叠范围当做防治水工作与钻探验证的关键，可以在很大程度上提高构造工作的可靠性与准确性。

根据该矿勘探与地震等方面的数据，当-315米大巷掘进到某测量点 G1前方130 米的时候，巷道前部六十米会穿过F7正断层（其落差处于25-50米范围之内）。为充分弄清楚这一个正断层的岩层富水性与发育情况，我们主要通过三种物探方法对其进行综合勘探，以充分确保其准确性。

一、地质和水文状况简介

某矿属于1个基建矿，矿井下面-315米大巷主要分布于砂砾岩中，其底板下方离二1煤层大概有31米。下方岩层之中含有砾粗砂岩，和下伏地层角度不整合接触。大巷的具置处在煤层风化剥蚀区范围之中，二叠系相对偏薄，其厚度平均为

9.0米，基本上属于泥岩夹煤线。其下方厚度大约为25米，主要由灰岩段、砂泥岩段以及铝质泥岩等组合而成。

该矿整体上属于单地层，其为东西走向。含煤地层倾向处在165°-195°范围内，倾角处于6°-29°范围内，其西部相对平缓，而东部相对较陡，其北部地层存在非常显著的翘起现象。该范围中有1条正断层F7和含煤地层具有非常紧密的关系，其落差大体上处于19米-50米范围内，其勘探地点离开掘进面大致为60米。

其水源基本上来自于二1煤层的岩溶裂隙水。这里面具有很大部分的来自于寒武系白云岩岩溶裂隙含水层，其富水性非常不均匀，水位标高 + 295米，上部与巷道底板之间的距离在49米左右，其对底板产生的水压大约为6.2M帕斯卡，突水系数在0.1 MPa / m以上，掘进时候要是经过底板富水区，在这种情况下，则将出现突水事故，能够对整个矿井的生产运作产生不利影响。

二、常见的超前探测技术及其应用

（一）高分辨直流电法三极超前探测。该种技术为全空间电法勘探技术，基本上是用来探明掘进面前部岩层电性改变状况，该种技术主要是通过全空间电场理论来对岩层的发育状况以及富水特性进行探测，并对其作出相应的处理。

电法主要使用YD32（ A） 直流电法仪进行超前探测，相对于一般的直流电法来说，这一个设备存在诸多方面的优点，例如其具有相对较强的抗干扰能力、同时还能够探测相对较大的距离。施工过程中在-315米大巷掘进面实施探测，通过一次性布线就能够完成，此处总共安置接收和发射电极分别为三十二个和三个，从理论上来说，其能够探测105米。

（二）瞬变电磁超前探测。该技术主要是通过发射回线来发挥作用，通过它将1次脉冲磁场发射到地下，在此基础上，在间歇过程中还会采集来自于地下导电介质的二次涡流场，利用采集到的涡流场，对其进行观测以及深入分析，最终就能够得到地下电性结构与地下介质的具体状况。

煤矿井下由于巷道相对狭窄，正是由于这一个方面的原因，通常情况下，瞬变电磁勘探往往通过多匝小线圈，主要是通过同心偶极装置来完成发射与接收等工作。探测过程中与目标之间的距离非常近，所以瞬变电磁的盲区一定要尽量的小，故往往通过同心偶极的技术来进行。超前探测装置非常特别，同时具有偶极与同点装置两者的优势，然而还与两者存在一定的差异。运行过程中，接收线圈与其前方煤壁紧贴，发射线圈则放在离接收线圈9米的位置，它们两者处于两个平行的平面之中，同时 Tx 和Rx 轴线都指向目标，两者相互平行。

在这里，主要通过PROTEM 瞬变电磁系统进行探测，其具有诸多方面的优点，例如其具有相对较小的体积效应，具有相对较高的分辨率与方向性，除此之外，其对低阻区敏感。矿井施工的时候，按照探测目的，主要通过移动式发射线圈（128 匝）进行， 发射电流为1. 0A，频率25 Hz，主要是利用改变线圈和巷道底板的夹角，利用这种方式来对线圈法线的指向进行调整。

（三）炮法地质超前探测仪。这一个设备主要是以反射地震技术来进行检测。通过引爆小药量炸药这个方式，在指定的震源点形成地震波，然后通过球面波形式在煤岩里面传播，当其与岩石物性界面相遇的时候，就会反射回其中的部分地震信号，还有部分折射到前方介质之中，高灵敏度的地震检波器将会接收到前者，然后对其进行解释，利用这种方式最终得到掘进前部区域的地质状况。

在这里主要通过DTC-150 型探测仪进行探测，这一个设备存在诸多方面的优点，例如矿井电缆、金属体不会对其产生影响，能够探测非常远的距离，能够采集到非常多的数据，非常容易进行解释等。施工过程中，其激发震源来自于小药量炸药爆炸，与-315米大巷右侧帮分别设置接收孔与炮空布置一个与二十四个。炮孔深度与间距及其离底板距离都是1.5 米；接收孔的深度及其和炮孔的距离分别为2米和16米。

三、探测结果

（一）电法超前探测结果分析。利用该种技术进行探测，掘进前方勘探区域内岩层视电阻率值处于29 -124Ω・m区间之中。在这里，掘进面上方20米区域内出现偏小数值，同时勘探现场视电阻率值在50以下，这是由于巷道前方炮孔含水干扰造成的；另一方面，在前方20至90米区间之中，具有相对偏高的视电阻率值，这一个区间不存在低阻异常区，前方岩具有导含水构造与富水区域的概率相对偏低。

（二）瞬变电磁超前探测结果分析。在三个角度的探测中，掘进面前方 80米区间中视电阻率都未中高阻，整个区域中不存在非常显著的突变区。前方岩层富水性相对较差，其裂隙不发育，没有非常显著的导含水断层或富水区域。

（三）炮法地质超前探测结果分析。通过该种技术进行探

测，整个区域中出现四个相对突出的地质异常体反射界面，在这里，界面1 是由于前部岩层破碎干扰造成的；界面2 与3 是由于掘进前部十米到二十米区间岩性变化或岩层裂隙发育显著造成的；但是前部二十米到一百一十米区间中，只有一个偏弱的界面 4，该区间岩层具有较好的完整性，探测范围中具有F7断层的概率相对偏低。

四、综合分析

综合上述三种技术取得的成果，掘进前部一百米区间中不存在突出的低阻和构造异常区域，该区间具有相对偏弱富水性，局部或许具有裂隙发育地带，而该区间具有导含水断层与强富水区域的概率相对偏低。按照煤矿在掘进面安置钻孔进行验证可以得知，前部13-16米区间中岩层裂隙较为发育，钻孔之中涌出少许的水。当-315米大巷掘进至综合物探区间的时候，按照实际的掘进状况，在13至16米以及55至57米区间裂隙出现或多或少的发育，顶板出现少许淋水问题，但是整个勘探区间中的别的区段的岩石具有相对较好的完整性，顶底板没有出现涌水与滴淋等问题。

结论：综上所述，通过综合运用文中的三种探测技术，能够得到巷道掘进前部相对准确的水文地质数据，通过进一步的实际验证，更加说明了综合技术相对准确，这一个方法为超前探测高承压掘进巷道岩层地质异常与富水性奠定了坚实的基础。