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中原办事处 周友俊 周凯 施劲松
1 引言
郑煤集团新郑煤电公司赵家寨煤矿，位于新郑市西部的辛店镇。该矿目前主要开采煤层为二1煤。二1煤层底板起伏较大，底板含水层主要有L7-8灰岩、L1-4灰岩和O2灰岩，且压力较大，给工作面回采造成了极大的安全隐患。为了探明11201(西)工作面底板富水情况，为下一步11201(西)工作面防治水工作提供参考资料，本次采用瞬变电磁法对工作面底板富水情况进行探测。2 工作面区域地质以及水文地质概况
11201(西)工作面对应地面位置正上部为界牌村庄，东邻滹沱沟，南邻运煤铁路，西邻界牌小学，北邻西土桥村庄。11201(西)工作面位于11采区西翼最下部，东邻待掘的11202(下)工作面，南到11采区上山保护煤柱，西邻西翼轨道、运输大巷保护煤柱，北邻11采区边界。
11201(西)工作面主采山西组二1煤层，黑色，粉末状、半光亮型，煤质松软，强度较低，层理不清，煤层结构简单，属贫瘦煤，硫份含量小于1%，水分含量0.96%，发热量29.3～30.27MJ/kg;该工作面内及附近有509、0653、7-3、0757、8-5，共5个钻孔穿过二1煤层，见煤点厚度分别为2.61m、13.18m、3.59m、1.57m、5.60m;其中0756钻孔在工作面内，距设计停采线88.6m，未见二1煤层;工作面煤厚0m～13.18m，平均厚度6.20m，上、下付巷煤厚变化自外向里都呈薄-厚-薄趋势,煤层底板总体产状大致为201°～244°∠1°～11°，断层附近煤层底板产状、倾角变化较大。
该工作面顶板含水层主要有第四系、第三系砾石层、下石盒子组砂锅窑砂岩、山西组香炭砂岩和大占砂岩;底板含水层主要有L7-8灰岩、L1-4灰岩和O2灰岩。预计工作面正常涌水量为80m3/h，最大涌水量为150m3/h。
1、底板水：根据物探成果资料分析，11201(西)工作面内SF6正断层处为L7-8灰I类富水区，目前L7-8灰岩水位标高-173m，高于工作面设计标高，L7-8灰岩距二1煤层平均法距12m，经计算突水系数为0.089MPa/m，大于0.07MPa/m，有突水威胁，掘进至该区域时，要提前采取防治水措施，预计底板正常涌水量为80m3/h，最大涌水量为120m3/h。
2、顶板水：根据钻孔资料分析，11201(西)工作面在掘进过程中不受第三、四系砾岩及香炭砂岩含水层影响，工作面局部大占砂岩直接压煤，但富水性不强，预计正常涌水量为5m3/h，最大涌水量为10m3/h。
3、断层水：根据三维地震资料分析，工作面内共有4条正断层，落差3～10m，其中SF2(181º∠68～70ºH:0～10m)横穿工作面上、下付巷，根据西翼轨道大巷实揭该断层资料分析，富水性弱;SF5(203º∠70ºH:0～10m)在上付巷距上回风联巷口1032m左右，断层上盘煤层与下盘L7-8灰含水层对接，根据0653钻孔简易水文资料分析，L7-8灰裂隙发育，预计正常涌水量为50m3/h，最大涌水量为80m3/h。
3 仪器设备
本次探测使用的仪器为福州华虹智能科技开发有限公司研制的YCS256矿用本安型瞬变电磁仪，其基本原理是通过发射线圈向地质体发射瞬变一次场，这种迅速衰减的电场在其周围的介质中感应出新的涡流场(二次场)，通过接收线圈测量二次场随时间的变化特征，反映了感应场所覆盖的地质体按电性特征的空间分布规律，通过矿井瞬变探测技术的信号处理、干扰校正、算法反演、时深转换及成图处理，进而得到地质异常体的分布、规模、形态等信息。利用煤炭采空(塌陷)区、岩溶发育区、围岩、断层、破碎带、溶洞充水等地质现象的不同电阻率反映，实现对掌子面或迎头以及巷道侧帮、煤层顶、底板等前方的富水区域进行较精确解析。
该仪器对低阻富水区反映灵敏、体积效应小、抗干扰能力强、纵横向分辨率高、性能优越，且施工方便、快捷、效率高等优点，并具现场处理能力。既可以用于煤矿掘进头前方及巷道侧帮、煤层顶、底板和工作面内富水区域的探测，为煤矿企业在生产过程中对水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段。
4 施工方案设计
从现场情况可知，对本工作危害最大的水源来自底板方向，因此现场设计的探测方向主要是指向工作面底板下方。11201(西)工作面上、下付巷数据采集时均以切眼为起始位置，上付巷向外布置690m测线，下付巷向外布置710m测线。点间距均为10m，该工作面测点布置情况如下图一所示：
从现场情况可知，对本工作危害最大的水源来自底板方向，因此现场设计的探测方向主要是指向工作面底板下方。11201(西)工作面上、下付巷数据采集时均以切眼为起始位置，上付巷向外布置690m测线，下付巷向外布置710m测线。点间距均为10m，该工作面测点布置情况如下图一所示：
图一 11201(西)工作面矿井瞬变电磁法勘探测点布置图
图二 瞬变电磁单个测点探测方向布置示意图
通过矿井瞬变电磁专业软件处理后，得到11201(西)工作面上、下付巷底板TEM探测巷道高程校正视电阻率剖面图、11201(西)工作面上、下付巷TEM探测多方向联合反演深度剖面图。图中不同的颜色代表不同阻值的变化，表示巷道及底板一定深度上电性横向变化的情况，遵循从冷色调到暖色调表示阻值从低到高变化的一种趋势。
1)11201(西)工作面上付巷TEM探测巷道高程校正视电阻率剖面图
图三 11201(西)工作面上付巷TEM探测巷道工程校正视电阻率剖面图
2)11201(西)工作面下付巷TEM探测巷道高程校正视电阻率剖面图
图四 11201(西)工作面下付巷TEM探测巷道告成校正视电阻率剖面图
3)11201(西)工作面上、下付巷TEM探测多方向联合反演深度剖面图
图五 11201(西)工作面上、下付巷TEM探测多方向联合反演深度剖面图
6 结论
1、本次瞬变电磁法探测在11201(西)工作面上、下付巷内进行，对11201(西)工作面底板方向进行了探测，探测范围以11201(西)工作面切眼位置为起点向外710m，测点间距10m，探测方向为(水平夹角)-30°、-45°、-60°以及-90°四个方向采集数据，基本完成了设计工作量。
2、11201(西)工作面内为U型钢、锚网支护，部分地区巷道边堆放着大量铁器，这对我们的探测造成了很大的干扰，后期数据处理时对部分受干扰区域数据进行了校正。
3、根据以上分析可知：上付巷底板在距起始位置80-130m、200-360m以及600-640m范围内相对低阻异常区域较大，推测这几段巷道底板L7-8灰岩、L1-4灰岩富水性较强，并通过裂隙或其它导水通道，导致这两层灰岩之间形成一定的水力联系，推测为重点低阻异常区;下付巷底板在距起始位置0-140m、180-220m、540-600m以及660-700m范围内相对低阻异常区域较大，推测这几段巷道底板L7-8灰岩、L1-4灰岩富水性较强，并通过裂隙或其它导水通道，导致这两层灰岩之间形成一定的水力联系，推测为重点低阻异常区;工作面底板在距离切眼160m-300m位置范围内，出现大面积低阻异常区域，推测该段区域工作面底板含富水性相对较强，底板L7-8灰岩、L1-4灰岩之间存在一定的水力联系，为工作面底板重点富水异常区域。具体异常区域见图六-图八。
7 建议
1、井下矿井水探查应该采用物探和钻探等综合手段方能取得较好的探水效果，本工程仅采用了井下物探技术，所得成果可为后期的钻探提供依据。应进一步加强下阶段的钻探验证工作，完善井下探水资料。
2、本次探测过程中，因巷道中存在工字钢支护、铁轨、水管等磁性干扰及个别的人为干扰因素的存在，对地质体的响应信号有一定的影响，可能会对异常分析造成一定程度上的影响。
3、由于物探解释存在多解性，建议矿方在掘进或回采过程中将验证情况及时反馈给我们，以便我们对资料进行进一步的分析研究，更好的为矿方服务。
图六 11201(西)工作面上付巷TEM探测低阻异常区域提取图
图七 11201(西)工作面下付巷TEM探测低阻异常区域提取图
图八 11201(西)工作面底板TEM探测低阻异常区域提取图
作者简介：
周友俊，男，安徽理工大学地球与环境学院地质工程专业，福州华虹驻中原办事处物探技术员。
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