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物探在煤矿水文地质隐蔽致灾因素普查工作中的应用

2024-11-03 101 上传者：管理员

摘要：为查明煤矿水文地质隐蔽致灾因素，从源头上防范煤矿水害事故发生，保障职工生命安全和健康，按照国家相关文件精神，湖南省自2022年开始开展煤矿隐蔽致灾因素普查工作。为进一步强化普查报告对煤矿实际生产指导的实效性，确保更详尽地掌握这些危险因素，又于2023年开展煤矿隐蔽致灾因素普查报告修编工作，直至2024年6月全省基本完成煤矿隐蔽致灾因素普查工作。煤矿水文地质的隐蔽致灾危险因素普查主要是利用物探等技术手段来查明井下含水体的状况，现对物探方法进行总结并附以实例。

关键词：
水文地质普查
煤矿
煤矿水害
物探法
隐蔽致灾因素
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根据《煤矿安全规程》、《煤矿防治水细则》、《国家矿山安全监察局关于全面开展煤矿隐蔽致灾因素普查治理工作的通知》（矿安〔2021〕121号）、《国家矿山安全监察局关于加强煤矿隐蔽致灾因素普查治理工作的通知》（矿安〔2022〕132号）等法规和文件要求，要进一步加强对煤矿水文地质隐蔽致灾因素的普查，摸清矿区范围内及周边可能存在的老窑、废弃井巷、采空区、主要含水层的含水情况以及主要导水断层分布情况，从源头上遏制水害事故的发生，保障煤矿职工的人身安全。为此，湖南省分别于2022年和2023年在全省范围内开展了煤矿水文地质隐蔽致灾因素普查和修编工作。通过采用调查访问、物探、钻探等方法查明积水情况，为矿井制定风险管控和安全防范措施提供可靠的地质依据，确保矿井的安全生产。现对煤矿水文地质隐蔽致灾因素普查工作所使用的物探方法做出总结，并实例说明其应用效果。

1、物探方法

由于湖南省煤矿普遍具有开采年限长，浅部偷挖盗采严重，因此许多煤矿存在水文地质方面的致灾因素，按照文件要求及普查报告编写意见稿，煤矿需要基本掌握矿井范围内水害因素，针对不同煤矿的需求和工作条件分别开展了地面音频大地电磁测深法物探和井下瞬变电磁法物探。物探的勘察方法有多种，在普查工作中之所以采用这两种，出于以下几点原因：一是物探[1-7]可以查明岩溶裂隙发育及含水层分布情况、周边煤矿老窑水的分布情况、检验防治水工程的效果、探测工作面前方的含水情况等。二是两种方法已在湖南省开展过相关工作，能够对地下水体做出较好的判断。三是这两种方法技术成熟，相关研究实例多，在面对疑难问题时也有其他案例作为参考，能够较为全面地帮助分析研究成果。四是这两种方法相对其他方法，应用在湖南省煤矿能够在经济上达到最佳效果。

1.1 地面物探

地面物探主要采用音频大地电磁测深法，使用仪器设备为美国EMI公司和Geometrics公司联合推出的新一代EH4大地电磁仪，其接收机设计的采集频宽为10 Hz到100 kHz。利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布，来解决有关地质问题的时间域。其工作流程可分为：测前测试、测网布设、数据处理、数据反演、数据解释、质量检查、报告编写。

1.2 井下物探

井下物探主要采用瞬变电磁法勘探，使用的仪器设备为地大华睿推出的YCS504矿用瞬变电磁仪和YCS60F大功率发射机。矿井瞬变电磁法勘探装置类型采用重叠回线组合装置，边长1.5 m的激发和接收正方形线圈，激发线圈匝数4匝，接收线圈匝数40匝。供电电流挡为60 A，电流脉宽10 ms，采样时间70 ms，它是一种以天然存在的区域性分布的交变电磁场为场源的电勘探法，能够在平面上探测一定区域内的地下含水体或构造。其工作流程可分为：准备工作、工作布置、施工原则、数据处理、数据解释、报告编写。

2、应用实例

实例采用湖南省煤业集团黄牛岭矿业有限公司黄牛岭煤矿的地面物探成果和新化县温塘镇韩家冲煤矿的井下物探成果。

2.1 黄牛岭煤矿地面物探实例

(1）勘探目的

通过煤矿水文地质隐蔽致灾因素的普查工作，发现黄牛岭煤矿周边老窑（宝兴煤矿）存在积水体，因此开展音频大地电磁测深，结合地面、井下水文地质调查，查明黄牛岭煤矿与宝兴煤矿交界处物探测区内富水区的空间分布，为黄牛岭煤矿有效防范水害事故的发生，确保煤矿职工生命安全提供科学指导。其物探工作布置如图1所示，工作量如表1所示。

图1黄牛岭煤矿物探工作布置

表1黄牛岭煤矿物探工作量统计

(2）资料分析

音频大地电磁测深法资料分析为整条测线的综合分析解释，为了更简洁地展示成果，选取了视电阻率较异常的C5～C10测线进行分析，结果如图2～图4所示。

从C5测线视电阻率剖面图分析，视电阻率值范围在10～900Ω·m之间，发现“低阻、极低阻”区域。在测线108～500 m段，标高-200 m～+176 m，反映在视电阻率剖面呈“封闭”、“半封闭”状低阻异常，推测为采空影响区。采空影响区中极低阻值区域推测为富水区，在测线267～500 m段，标高-200 m～-108 m。

从C6测线视电阻率剖面图分析，视电阻率值范围在5～400Ω·m之间，发现“低阻、极低阻”区域。在测线167～500 m段，标高-200 m～+162 m，反映在视电阻率剖面呈“封闭”、“半封闭”状低阻异常，推测为采空影响区。采空影响区中极低阻值区域推测为富水区，在测线241～500 m段，标高-200 m～+193 m。

图2测线等视电阻率断面

从C7测线视电阻率剖面图分析，视电阻率值范围在10～7 000Ω·m之间，发现“低阻、极低阻”区域。在测线11～239 m段，标高-200 m～+18 m，反映在视电阻率剖面呈“封闭”、“半封闭”状低阻异常，推测为采空影响区。采空影响区中极低阻值区域推测为富水区，在测线122～239 m段，标高-200 m～-37 m。

从C8测线视电阻率剖面图分析，视电阻率值范围在10～7 300Ω·m之间，发现“低阻、极低阻”区域。在测线103～250 m段，标高-200 m～+116 m，反映在视电阻率剖面呈“封闭”、“半封闭”状低阻异常，推测为采空影响区。采空影响区中极低阻值区域推测为富水区，在测线120～250 m段，标高-200 m～+87 m。

图3测线等视电阻率断面

从C9测线视电阻率剖面图分析，视电阻率值范围在8～1 000Ω·m之间，发现“低阻、极低阻”区域。在测线0～418 m段，标高-200 m～+180 m，反映在视电阻率剖面呈“封闭”、“半封闭”状低阻异常，推测为采空影响区。采空影响区中极低阻值区域推测为富水区，在测线0～254 m段，标高-200 m～+105 m。

从C10测线视电阻率剖面图分析，视电阻率值范围在5～1 200Ω·m之间，发现“低阻、极低阻”区域。在测线0～472 m段，标高-200 m～+254 m，反映在视电阻率剖面呈“封闭”、“半封闭”状低阻异常，推测为采空影响区。采空影响区中极低阻值区域推测为富水区，在测线0～317 m段，标高-200 m～+230 m。

图4测线等视电阻率断面

(3）勘探成果

根据测线剖面划定的富水区，其中相邻且可能存在联系的进行了合并处理，确定了富水区一处，查明了富水区在本次物探进行时所处时间点的平面位置，如表2、图5所示。其结果表明在黄牛岭煤矿与宝兴煤矿交界处存在可疑含水区，为黄牛岭煤矿下一步防治水工作提供了依据。

表2黄牛岭煤矿测区范围内富水区统计

图5黄牛岭煤矿测区富水区

2.2 韩家冲煤矿井下物探

(1）勘探目的

为了查明韩家冲煤矿风井（平硐）里面一处密闭内的积水情况，选择风井（平硐）与+495水平总回风巷交叉口向南250 m巷道左帮作为探测对象，探测方式为巷道探测，探测结果为探放水工作提供参考依据。其工作量如表3所示，工作布置如图6所示。

表3韩家冲煤矿井下物探（巷道）工作量统计

图6风井（平硐）与+495水平总回风巷交叉口向南250 m巷道左帮物探工作

(2）资料分析

视电阻率断面图分析如图7所示。视电阻率范围在0～220Ω·m之间，资料解释为该探测区域内出现一处低阻异常，低阻异常位于X方向18～81 m,Y方向22～97 m范围内，呈椭球状，视电阻率在0～20Ω·m之间，推测存在积水。