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中国平煤神马安监局 李远晓 福州华虹中原办事处 李松
摘要文中主要介绍了平煤某矿利用多条巷道空间，根据瞬变电磁探测方向具有灵活性的特点，设计不同方向联合反演评价煤层底板下不同层位的灰岩岩溶裂隙水的发育情况及其连通性。实验结果说明根据瞬变电磁法的技术特点，有效利用井下施工空间，设计合理的施工方案，可以实现一定范围内三维空间的立体反演，对煤矿及时采取水害治理措施提供依据。
关键词：瞬变电磁;灵活性;多巷;联合反演;连通性;
1 引言
目前平煤某矿主采煤层为太原组庚20煤层，该煤层顶板为灰岩，影响回采的含水层为太原组灰岩及寒武系灰岩。太原组含水层组含灰岩7～11层，总厚25m左右，常见7层，自上而下为L1～L7，其中L2、L6及L7层位稳定，厚度相对较大，构成太原组主要含水层位，单位涌水量0.00035～0.00736L/s•m，渗透系数为0.00033～0.189m/d属岩溶裂隙弱含水层。寒武系灰岩含水组为含煤地层之基底，主要含水层为寒武系中统张夏组鲕状灰岩和上统崮山组白云质灰岩，两组灰岩厚200m左右。据抽水试验结果，单位涌水量q=0.00206～3.22L/s•m，渗透系数k=0.020819～1.092m/d，属灰岩岩溶裂隙弱-强赋水含水层。
2 测区水文地质概况
庚三皮带下山位于庚三采区中部，在庚20煤层中施工，顶板为石灰岩、砂质泥岩、泥岩、砂岩，底板为砂质泥岩、石灰岩。庚20煤层底板的L7灰岩为直接充水层，L7灰岩顶面在庚20煤层下7m处，下伏的寒武系灰岩为间接充水层，寒武系灰岩顶面在庚20煤层底板下20m处，均为岩溶裂隙含水层。在构造破坏区域以及矿压破坏区域，庚20煤层的直接底板砂质泥岩被破坏，造成直接充水层L7灰岩和间接含水层寒武系灰岩中的岩溶裂隙水通过裂隙涌出，涌水量大，持续时间长，水量稳定，易对安全生产造成威胁。庚三轨道下山在庚20煤层上部10～12m处的岩层中施工，岩性为砂质泥岩、细砂岩、泥岩、石灰岩等。该工作面地质构造以小断层为主，局部顶板有裂隙，裂隙滴淋水，受断层影响底板局部可能有涌水现象。
在庚组集中皮带巷19#测点东约32m处为1#出水点，出水点突水时瞬间涌水量曾达到3600 m3/h，稳定后涌水量500 m3/h左右。在庚三轨道下山下部2#测点北约32m处为2#出水点，2007年8月20日突出水量约400 m3/h。 -280泄水巷和东翼探巷贯通后，2#突水点出水量稳定在100m3/h左右。
3 探测方案设计
3.1 多巷联合反演的可能性
庚三皮带下山在庚20煤层中施工，庚三轨道下山在庚20煤层上10～12m的岩层中施工，庚三人行下山在庚20煤层上30m左右的岩层中施工，太原组L7灰岩在庚20煤层底板下8～10m位置，寒武系灰岩在庚20煤层底板下25～30m位置，如图3-1庚三采区水文综合柱状图所示。庚三皮带下山与庚三轨道下山平距30m，庚三皮带下山与庚三人行下山平距30m，经过高差换算后之后在三条巷道里设计按照一定的方位进行多方位换算，可以对以庚三皮带下山为轴分别底板下L7灰岩层、寒武系灰岩层位东西各60m范围，南北一定范围(根据三条巷道的长度而定)灰岩水发育情况及连通性进行评价。
3.2 测点布设
现场探测时，分别在庚三皮带下山，庚三轨道下山，庚三人行下山布置测线，如表3-1庚三采区瞬变电磁测点布置一览表。庚三皮带下山在9#测量点位置开始至皮1#测量点结束，庚三轨道下山在轨2#测量点位置开始至14#测量点北20m结束，庚三人行下山在11#测量点位置开始至庚三人行下山与庚三下车场交叉口北10m结束，见图3-2垂直三条巷道平面测点布置图。
其中庚三皮带下山每个测点分别进行垂直底板方向，西帮底板下45度方向探测;庚三轨道下山分别进行垂直底板方向，东西帮底板下30度方向探测;庚三人行下山分别进行垂直底板方向，东西帮底板下60度方向探测。根据三条巷道同一切面八个不同探测方向，结合高差经过角度换算可以在L7灰层位横向有8个有效物理控制点，在寒武系灰岩层位横向有6个有效物理控制点，纵向以三条巷道测线长度为控制范围，见图3-3测点探测方向正切面示意图。
表3-1庚三采区瞬变电磁测点布置一览表
4.1 多巷联合反演
本次探测数据处理时将庚三人行下山、庚三轨道下山、庚三皮带下山三条巷道中8个探测方向的原始数据进行晚期视电阻率计算、时深转换后得到的数据体再进行提取并组合后分别形成反映庚三皮带下山底板下一定范围内L7灰岩与寒武系灰岩层位电性特征的切面。
根据探测探测方案设计要求及具体施工中测线和测点的布置条件，将庚三皮带下山走向轴定义为X轴，垂直庚三皮带下山的轴定义为Y轴，庚三人行下山开始物理测点Y轴负方向40m处定义为坐标原点，详见图4-1坐标原点定义。
经过庚三人行下山、庚三轨道下山、庚三皮带下山三条巷道联合反演后，可分别得庚三皮带下山底板下L7灰岩、寒武系灰岩层位X轴方向620m，Y轴方向120m切面范围内视电阻率等值线特征，如图4-2庚三皮带下山底板下L7灰岩视电阻率切面，图4-3庚三皮带下山底板下寒武系灰岩视电阻率切面。
图4-3 庚三皮带下山底板下寒武系灰岩切面
图4-4 庚三皮带下山周边底板瞬变电磁探测立体示意图
其中在L7灰岩层位的LYC1、LYC2低阻异常区基本连接在一起，并且其与寒武系灰岩层位HYC1低阻异常区基本连接在一起，推断其为同一个赋水异常区。如图4-4庚三皮带下山周边底板瞬变电磁探测立体示意图。
5 结论
5.1 验证资料
(1)通过抽放水实验，在庚三皮带下山底板出水点位置放水100m3/h左右，1#出水点水量减少80m3/h左右，寒武系灰岩水灾庚三皮带下山出水点位置与1#出水点位置连通，说明LYC1、LYC2、HYC1低阻异常区具有一定的连通性。
(2)矿方依照本次探测结果设计了庚三皮带下山防治水方案，以保障庚三皮带下山的安全掘进。在之后的防治水及庚三皮带下山的掘进过程对物探成果进行了验证。其中在庚三皮带下山周边分别施工Y1#～Y7#探水孔。详见表5-1庚三皮带下山周边探水孔一览表及图5-1庚三皮带下山周边探水孔布置图。其中Y2#、Y3#探水孔为在后期施工的庚三皮带片盘施工，该区域当时未进行物探，其他探水孔均在物探圈定的异常区进行施工。
此外在对庚三皮带下山出水点周围的物探异常区进行底板注浆加固，注浆孔一排施工5个孔，孔间距1m，排距5m，注浆孔终孔层位在L7灰岩11m左右过程中，注浆孔有的出水有的未出水，其中单孔水量最大在150m3/h左右 。
表5-1 庚三皮带下山周边探水孔一览表
图5-1庚三皮带下山周边探水孔布置图
(1)瞬变电磁法探测对底板赋水异常区有较好的分辨性，并且该方法探测方向相对灵活,可以在井下巷道空间条件满足的情况下实现多巷联合反演，可对煤矿防治水工作进行一定的指导。
(2)瞬变电磁法对现场探测条件要求较严格，容易受到井下不规则金属物的影响，因此在多巷联合反演施工过程中要求尽量避开金属物的干扰，并在结果解释过程中对受干扰的测点进行屏蔽校正。
(3)瞬变电磁法探测对低阻体有放大的效应，通过多巷联合反演，虽然可以大致推断灰岩水的连通性，但是鉴于岩溶裂隙发育不规则、相对复杂的特点，所以通过该方法控制岩溶裂隙的导水通道仍具有一定的难度。
参考文献：
[1]牛之琏.时间域电磁法原理[M].长沙：中南工业大学出版社，1992.
[2]马兆峰. 矿井瞬变电磁法在勘探陷落柱富水性中的应用.[J]成果应用，2009(07).
[3]于景邨.矿井瞬变电磁法勘探[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.
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