山东省田庄煤矿山东济宁272103
摘要：田庄煤矿底板承压水十三、十四灰富水性中等，距主采煤层16上、17煤较近，根据水文地质勘探资料证实，区域地段与奥灰存在水力联系，构造复杂区域存在突水可能；为杜绝水害事故发生，矿井始终坚持“十六字”防治水原则，采用物理探测技术进行采掘工作面超前探查，确保了矿井安全生产。
关键词：物探勘探；水害预防治理；应用
1矿井简介
田庄煤矿位于济宁高新区王因镇境内，1997年3月建矿，2002年11月正式投产，核定生产能力90万吨/年。矿井采用主、副、风井三个立井开拓、两个水平开采、中央并列式通风，井田面积32.07km2。矿井主采石炭系上统太原组16层煤和17层煤，平均厚度分别为1.2m和0.97m，层间距平均为6.4m。
2矿井水文地质条件
井田主要含水层有：第四系上组、下组砂及砂砾层，石炭系太原组第十下层石灰岩与本溪组第十四层石灰岩，奥陶系石灰岩。直接充水含水层为太原组第十下层石灰岩;各含水层与第四系下组在露头区有直接的补给关系。本溪组第十三、十四灰石灰岩上距十下灰平均间距34.96m，下距奥灰平均间距8.20m。
矿井水文地质条件复杂，开采煤层与强含水层奥灰之间层间距较小，井田内构造发育，水害因素复杂。2010年8月，16煤8602中顺槽掘进中，曾揭露断层导致奥灰突水，突水峰值水量1300m3/h。实际生产证实，仅靠传统地质手段已无法达到指导安全生产的预期目的。
3矿井选用的物探技术
物理勘探技术投入少、见效快，煤矿应用该技术查明地下导水通道及水源、煤层顶底板水及老窑采空区的分布情况方面已发挥越来越大的作用，将物理勘探技术与传统地质方法相结合，进行综合探查，是治理水害最有效的途径之一。
物理探测技术中的瞬变电磁探测，利用发射一次脉冲电磁场，观测二次涡流场，测量二次场变化规律，测得测区内各地点的富水情况;电磁波对高阻层的穿透能力强，对低阻层有较高的分辨能力;能反映顶、底板范围内水情;信噪比高，准确度高。物理探测技术中的井下震波探测通过在现场人工激发地震波，在附近记录不同岩层分界面传播过来的反射波，测得各地层分界面或构造面的空间位置极其性质，能够探查采掘工作面前方、巷道两帮、巷道顶底板等地层中构造的位置、形态、走向等。
经过对多种物探技术对比分析后，我们认为瞬变电磁探测技术和井下震波探测技术能够查明井下地质构造及测区内顶底板水情及富水区异常情况，两种技术综合使用，将进一步提高我矿水情探测结果的准确性。
4物探技术的实际应用
地质勘探资料和三维地震物探成果是矿井安全生产的基础，在此基础上还需利用电法探测技术进一步查明生产区域内构造发育情况和水情水患等，真正做到水文分析、预测预报、隐患排查、超前探测和隐患治理等。
4.1掘进工作面含导水构造的超前探查
矿井针对西翼二水平水文地质条件复杂的实际情况，在西翼二水平水文复杂区域“逢掘必探”。以7601中顺槽为例，通过使用瞬变电磁探测技术和井下震波探测技术相结合的方式，选用矿用瞬变电磁仪，在7601中顺槽七个方向，3个角度分别探测。
同时选用地震类仪器KDZ1114-6A30矿井地质探测仪，在7601中顺槽迎头位置，单点探测采集30组数据后，进行反射共偏移法探测，再采集20组数据。
对YCS40(A)矿用瞬变电磁仪和KDZ1114-6A30矿井地质探测仪现场采集的数据经过软件处理和分析后，得到探测成果图3和图4：
将上述两种物理勘探方法得出的分析结果综合成最终成果，转换成AutoCAD版平面图，指导生产（图5）。
综合探测结果显示，在探测点前方共出现3组构造异常信号；探测点前方20～30m存在一处富水性一般的顶板水。随后，我们针对上述探测结果进行了钻探验证，钻探验证结果与物理勘探技术探测结果基本相似。后经揭露，巷道掘进至异常区附近时岩性破碎并揭露落差为2.1m的断层，同时顶板淋水与探测结果基本吻合。
通过两种物探方法相互叠加，增加了物探的准确性，为掘进工作面超前探查、治理水害提供了技术数据，有效确保了工作面安全生产。
4.2回采工作面底板富水异常区及导水通道的探查
2012年5604工作面推采75m，老空区顶板局部悬空，对应底板不同程度鼓起，早8时，老空区出水，流向采煤面前及巷道超前段，初始水量22.5m3/h，连续观测48小时，水量稳定;水质化验与底板十四灰水质相符。为查明出水通道，对5604工作面老空区进行瞬变电磁法探测，详细查找出水点具体位置，进一步确定出水水源。
5604工作面位于5602面的南侧，5604下顺槽与5602上顺槽为同一条巷道，老空区底板出水，探测的主要对象为5604面老空区底板方向的富水性。沿老空区附近的5602上顺槽和5604下切眼布设了2条测线，每条测线按照5m间距布设探测点，每个探测点分别进行三个方向的探测。
根据上述布置方式，矿井采用YCS40(A)矿用瞬变电磁仪现场采集数据，软件处理分析，得到5602上顺槽(同时为5604下顺槽)和5604下切眼两条测线的视电阻率值剖面图，共得到6个方向上的视电阻率值剖面图，如下图8、图9所示：
综合5602上顺槽(同时为5604下顺槽)和5604下切眼的探测结果分析，
两条测线重合的区域都出现一低阻异常区域，如图10中的绿色区;该异常区位于底板下35m左右，推断是导致工作面出水的原因，分析其低阻异常主要受煤层采动影响使底板水通过断层裂隙上涌引起。
根据探测异常区深度分析为十四灰含水层出水，与水质化验结果吻合。矿技术人员根据探测资料并结合现场出水情况，编制了治理方案和设计，在5602上顺槽布置了三个钻孔，利用钻孔对底板十三、十四灰含水层和底板裂隙导水通道进行注浆加固，堵水效果显著。
5对矿井物探技术的重新认识
掘进工作面掘进期间，采用物理勘探技术，在掘进巷道迎头利用瞬变电磁仪和地质探测仪，分别对掘进前方进行超前物理探测，相互印证，查明前方及四周水情水害，后进行超前钻探验证，根据验证情况采取注浆、疏水降压或留设防水煤柱等方法进行超前治理，消除安全隐患。
工作面回采前，首先利用瞬变电磁探测技术和井下震波探测技术，探查工作面开采区域及外围至少30米内煤层顶板水情，和煤层底板下20～45m、45～100m深度段含水层发育程度、富水性异常分布范围；探测煤层底板下100m范围内隔水层厚度、含水层厚度，探查含水、导水构造及潜在导水、突水通道。根据探测的成果进行钻探验证治理。
矿井物探方法有着投入少、见效快、效率高的特点，将在煤矿开采前查明地下导水通道及水源、煤层顶底板水及老窑采空区的分布情况方面发挥越来越大的作用。矿井物探只是煤矿解决实际生产工作的一种地质辅助手段，矿井物探手段不可或缺但不能代替钻探，需要根据物探反馈的异常区域进行有目的、有方向的钻探工作。
参考文献
[1]刘树才.煤矿水文物探[M].江苏：中国矿业大学出版，2005（10）：1-203
[2]张正浩.煤矿水害防止技术[M].北京：煤炭工业出版，2010：1-302
作者简介
贾延坤（1981.03~），男，汉族，中共党员，2008年毕业于山东科技大学；现为田庄煤矿地测工程师。