综合物探技术在冒落区注浆效果评价中的应用-中国矿井物探网—

　　华东办事处张浩

　　1 探测背景
2009年1月4日，井下煤仓上部的溜子道在施工过程中出现冒顶，冒落地点在主井以西36m处，冒顶范围：宽度4～5m，长度8～12m，高度12～14m。冒落高度已达到顶板M4砂岩层，M4砂岩厚约22m，富水性强，由于冒落区接近郭屯向斜核部，裂隙发育，联通性相对较好，水量补给较为充分。初次冒落时，出水量10m3/h左右，随冒落区的增高，出水量逐渐增大，最大达268m³/h左右。后期进行注浆治理，同时根据注浆量分析，冒落区可能还存在空区，因此通过本次物探手段来确定空区或裂隙的范围，指导注浆治理。
　　2 水文地质情况
M4砂岩厚约22m，富水性强，由于冒落区接近郭屯向斜核部，裂隙发育，联通性相对较好，水量补给较为充分。初次冒落时，出水量10m3/h左右，随冒落区的增高，出水量逐渐增大，最大达268m³/h左右。经过两年多的疏放，使M4砂岩含水层在冒落区形成降压漏斗，根据含水层赋存情况分析，其补给水源多来自冒落区的南北及东侧，自冒落区向西约610m处有东董断层，呈南北走向(落差35m),隔水性相对较好，因此西侧补给水量较弱。
　　3 现场工作技术方法
3.1 仓顶冒落区瞬变电磁探测
本次瞬变电磁探测于2013年10月21日~2013年10月24日完成现场数据采集，采集区域包含皮带巷128m(起点在P2点向东9m)、总回风巷70m(起点在导Z2点向东4m)、第二联络巷24m(起点在皮2号点)、第三联络巷20m(起点在M4号点)。
本次主要是探测仓顶冒落区附近M4砂岩含水层的导水情况，所以在皮带巷设计5个方向、总回风巷设计3个方向、第二联络巷及第三联络巷分别设计11个探测方向。现场测点布置为每2m一个测点，具体的测线布置如图3-1所示( 红色线条表示测线布置位置)，单个测点布置方向如图3-2所示。

图3-1仓顶冒落区瞬变电磁探测现场测线布置图

图3-2 皮带巷、总回风巷、第二联络巷及第三联络巷单个测点布置示意图

3.2 仓顶冒落区地震波法探测
本次地震波法探测于2013年10月22日完成现场数据采集，采集区域包含皮带巷117m(起点在P2点向东9m)、总回风巷77m(起点在导Z2点向东4m)、第二联络巷26m(起点在皮2号点)、第三联络巷30m(起点在M4号点)。
本次主要是探测仓顶冒落区分布范围，所以探测方向设计在皮带巷、总回风巷、第二联络巷及第三联络巷顶板位置。现场的测线布置如图3-3所示( 红色线条表示测线布置位置)，探测施工方法如图3-4所示。

图3-3 仓顶冒落区地震波法探测现场测线布置图　　

图3-4 巷道顶板反射共偏移震波探测布置示意图

仓顶冒落区顶板探测采用如图3-4所示布置方法，现场采用单检波器接收，设计偏移距8m，移动步距1m，完成整条测线探测。
3.3仓顶冒落区并行直流电法探测
本次直流电法探测于2013年10月24日完成现场数据采集，采集区域包含总回风巷60m(起点在该巷与第三联巷交叉口)、第二联络巷30m(起点在该巷与皮带巷交叉口)、第三联络巷30m(起点在该巷与皮带巷交叉口)。

　　为了对瞬变电磁及震波探测结果的补充，在总回风巷、第二联络巷及第三联络巷布置直流电法探测，通过探测结果可以分析这些巷道的岩层电性的分布情况，来判断岩层的富水性。　　
图3-5 仓顶冒落区直流电法探测现场测线布置图　　

图3-6 总回风巷直流电法探测现场施工示意图

　　4 结果解析
4.1 瞬变电磁法结果解析
经数据处理、分析，获得皮带巷、总回风巷、第二联络巷及第三联络巷顶岩层视电阻率剖面图，图中不同的色调表示不同的视电阻率值，并且遵循色调从冷色调到暖色调表示视电阻率值不断升高的规律。
下图4-1为皮带巷顶板瞬变电磁探测结果，通过结果可以看出顶板上方富含水区域的分布情况，结合现场的地质资料可以分析出冒落区的范围及富水情况，具体如下图4-1所示，图中测线布置由导P2点指向主井方向，并定义指向总回风巷的一帮为皮带巷的左帮(偏北)，反之为皮带巷的右帮(偏南)。

图4-1 皮带巷瞬变电磁探测视电阻率剖面图

可以看出，在测线的90m~124m处存在一处明显的低阻异常区域，分析为冒落区所在的位置，同时可以反映出存在的富水性较强。
此外，总回风巷在40~70m范围内顶板上方存在一处明显的低阻异常区，分析为顶板M4砂岩层的富水性引起的电性变化。第二联络巷在8~15m范围内顶板上方存在一处明显的低阻异常区，分析为顶板砂岩及M4砂岩层的富水性引起的电性变化。
第三联络巷在0~15m范围顶板方向存在明显的低阻异常区，分析为顶板砂岩及M4砂岩层的富水性引起的电性变。
　 4.2 震波法结果解析

　　经数据处理、分析，获得皮带巷、总回风巷、第二联络巷及第三联络巷顶板岩层波组分布图，通过分析波组的分布特征来判断岩层的物理特性，可以反映出冒落区的影响范围。　　

图4-2 皮带巷顶板地震波法探测结果图

通过皮带巷顶板地震波探测结果可以看出，在测线的80m附近开始，波形开始发生变化，波形初值提前，分析为冒落区的影响范围。
总回风巷顶板地震波探测结果可以看出，在64m附近开始，波形开始发生变化，波形变的紊乱，分析为靠近冒落区顶板裂隙发育引起的变化第二联络巷顶板地震波探测结果可以看出，没有明显的波形异常区，分析为冒落区未影响到该区域。通过第三联络巷顶板地震波探测结果可以看出，在0~17m范围内，波形存在明显的异常变化，分析为冒落区影响的范围。
4.3 直流电法结果解析
经数据处理、分析，获得、总回风巷、第二联络巷及第三联络巷岩层电性分布图，通过分析这些巷道的岩层电性的分布情况，来判断岩层的富水性。

图4-3 总回风巷、第二联络巷及第三联络巷并行电法探测结果图

通过对比直流电法三条测线的探测结果，在第二联络巷和第三联络巷的异常区和瞬变电磁法的结果相吻合，分析为冒落区的影响引起的电性变化。同时注明，由于本次施工条件的限制，直流电法对该区域的探测仅用于对瞬变电磁及震波法的一个补充，不作为结果的主要依据。
5 结论及建议
5.1 结论
综合皮带巷、总回风巷、第二联络巷及第三联络巷的瞬变电磁、地震波及直流电法的探测结果，同时结合现场的地质情况推断出该冒落区的影响范围，如下图5-1所示。

图5-1 仓顶冒落区综合物探结果

图中蓝色线条圈出的范围为探测范围内的重点富水异常区，推断为冒落区补给水源，分析为顶板M4砂岩层含水引起。该圈定区域为探查范围内的异常区，因此不排除其它相邻区域存在的富水区。
图中红色圈出的范围为岩体裂隙集中破坏区，该区域岩层不稳定，裂隙发育，导水性强，为存在冒落危险的区域，推断发育高度为20m以内。
图中绿色线条圈出的区域为现场揭露冒落区下端的范围，根据矿方提供资料圈定;同时冒落区因为注浆后上端的范围难以圈定，只能圈定出红色岩体裂隙集中破坏区。
　 5.2 建议
(1)根据《煤矿防治水规定》的相关规定：物探方法作为煤矿现场工作的辅助手段，不能代替钻探，采取物探和钻探相互结合的方式才能满足实际生产需要。
(2)建议矿方后期针对裂隙集中破坏区(图中红色线条圈出)进行注浆治理，首先应该在井下针对破坏区施工注浆治理，由于该区域M4砂岩的含水性强、裂隙发育等因素的存在，如果现场井下注浆难度很大，可以考虑采取地面联合注浆的方式，但要注意施工方式和注浆压力，防止对附近井筒的破坏。
　 6 结束语
(1)本次探测为矿方进行冒落区在次进行注浆处理提供了依据，可以有效的减少盲目注浆，从而减少人力、物力以及工作量。
(2)本次探测现场条件较差，其中在进行瞬变电磁法探测时现场干扰物较多且没有停电，对探测结果有一点的影响。进行直流电法探测时由于皮带巷无法砸电极所以在皮带巷没有做直流电法，对最终结果的判断有一些影响。进行地震探测时由于是在顶板进行，因此采用的是单检波器接收地震波信号，减少了数据量。
(3)本次瞬变电磁法探测结果和直流电法探测结果是比较相符合，震波法探测的异常位置与瞬变电磁法和直流电法探测的富水性位置是相吻合的。
(4)本次探测结果说明了综合物探效果比单种方法探测的效果要很好，假如只运用一种方法探测则只能解决部分问题，如只采用震波法则只能探测冒落区的发育高度，如只进行富水性探测只能探测冒落区的影响范围，可见只有多种方法同时探测才能更好的解决问题。

作者简介：
张浩，男，安徽理工大学水文与水资源专业，福州华虹驻华东办事处物探技术员。