煤矿水害预报矿井物探方法与技术

煤矿水害矿井电法勘探超前预报技术及应用一、前言（一）我国煤矿水害类型我国矿井水害的类型很多，按水的来源大体上可分为五类：1.第四纪底界面含水层，埋深浅煤层影响大;2.煤层顶板砂岩孔、裂隙水水害，离层水和火成岩等;3.老空水水害;4.岩溶水水害（灰岩水）;5.废弃井口、采后冒裂带、岩溶地面塌陷坑（洞）、陷落柱、断层带及煤层顶底板或封孔不良的旧钻孔都会成为可能的含（导）水通道。当采煤工作面或掘进巷道接近或沟通老空区时，极易发生老空水水害。一、前言（二）井下预报上述水害体具体位置•1.掘进巷道前方水害体超前预报;•2.工作面煤层顶板水害体预报;•3.工作面煤层底板水害体预报;•4.工作面巷道外边界断层赋水性预测;•5.废弃不良钻孔赋水性检测;•6.富水构造注浆效果检测（前后对比）。一、前言（三）矿井电法勘探预报物理依据从电性上分析不同地层的电性分布规律为：煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，粘土岩类最低。由于煤系地层的沉积序列比较清晰，在原生地层状态下，其导电性特征在纵向上固定的变化规律，而在横向上相对比较均一。当存在构造破碎带时，如果构造不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高;如果构造含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体。综上所述，当断层、裂隙和陷落柱等地质构造发育时，无论其含水与否，都将打破地层电性在纵向和横向上的变化规律。这种变化规律的存在，为以岩石导电性差异为物理基础的电磁法探测方法提供了良好的地质条件。（一）掘进巷道前方水害体类型巷道平面图断层（废弃不良钻孔、陷落柱等）巷道断面图二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术（二）单极——偶极法与技术二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术YZXNMA(+I)巷道O迎头B底板顶板MNA2巷道A1A3二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术（二）单极——偶极法与技术ρ21ρ2ρρ1电流线巷道A1A2巷道R1界面R3R2A3二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术（二）单极——偶极法与技术04812162024283236404448525660646872768084889296100110100235203050110100235203050smA1A2A3A1A2A3二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术（三）矿井瞬变电磁探测方法与技术t0t=t3t=t2t=t1XTxZ-Z二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术（三）矿井瞬变电磁探测方法与技术二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术（三）矿井瞬变电磁探测方法与技术巷道迎头平面巷道前方3～5m巷道断面（a）600探测方向发射线框煤层探测煤层底板巷道断面（b）600探测方向发射线框煤层探测煤层顶板巷道断面（c）900探测方向发射线框煤层探测煤层方向二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术（三）矿井瞬变电磁探测方法与技术二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术（三）矿井瞬变电磁探测方法与技术二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术（三）矿井瞬变电磁探测方法与技术二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术（三）矿井瞬变电磁探测方法与技术两种超前探测方法比较:1.单极-偶极法采用接触式探测,接地电阻处理好坏直接影响探测结果可靠性,体积效应大(为球体),工作效率较低，受巷道长度限制，对高、低阻反映均较灵敏,探测距离在60～80m,无探测盲区;2.矿井瞬变电磁法采用非接触式探测,具有明显方向性,体积效应较小(约束角为60～90度的锥体),对低阻反映较灵敏,工作效率高，不受巷道长度限制，但受高度限制（不小于1.8m),探测距离在１０0～１５0m,距离巷道迎头有２５m左右探测盲区;二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术三、工作面煤层顶板水害预报矿井物探方法与技术（一）工作面煤层顶板水害体类型巷道赋水异常区域切眼工作面平面顶板导水断层巷道三、工作面煤层顶板水害预报矿井物探方法与技术探测方向探测方向煤层顶板45°45°溜子道材料道34223工作面图a图b三、工作面煤顶底板水害预报矿井物探方法与技术04080120160200240280320360400440480520560600640680720760800840880920960100010401080112040506070809010011012013040506070809010011012013004080120160200240280320360400440480520560600640680720760800840880920960100010401080405060708090100110120130405060708090100110120130三、工作面煤层顶板水害预报矿井物探方法与技术三、工作面煤层顶板水害预报矿井物探方法与技术020406080100120140160180200220240260-60-55-50-45-40-35-30-60-55-50-45-40-35-3030405060708090100110120130-60-40-20（一）工作面煤层底板水害体类型巷道局部赋水裂隙发育通道含水陷落柱或富水体切眼工作面平面导水断层巷道四、工作面煤层底板水害预报矿井物探方法与技术（二）音频电透视技术探测工作面煤层底板水害体巷道供电电极工作面平面图切眼测量电极巷道四、工作面煤层底板水害预报矿井物探方法与技术ABMN（二）音频电透视技术探测工作面煤层底板水害体•理论研究证明：矿井音频电透视方法主要反映了煤层顶、底板内部岩性的变化，而对煤层内部电性的变化反映不灵敏，即对工作面煤层内的局部异常探测精度较低。•2.井下施工方法技术•矿井音频电透视法工作方法与矿井无线电透视相同，测量工作在采煤工作面的两顺槽间进行，一般每10m一个测量点（MN），每50m一个供电点(A)。如果采场较短，如小于80m，应加密到每5m一个测量点，20～30m一个供电点。•测量方法是，对每个供电点供电时，对应在另一顺槽的扇形对称区域内布置15～20个观测点进行测量。当本巷道内所有供电点测量完毕后，测量与供电在两巷道对调，重复观测所有供电点，以确保采面内各单元有两次以上的覆盖。由于音频电透视采用低频交流供电，一般为15Hz～100Hz，在此频率下电场的性质与直流电场基本相同，所以其工作原理和资料处理解释方法是一样的。四、工作面煤层底板水害预报矿井物探方法与技术四、工作面煤层底板水害预报矿井物探方法与技术（二）音频电透视技术探测工作面煤层底板水害体1#异常3#异常2#异常700072007400720042004000400038003800Fx8-2Fx8-3Fx8Fx8-1Fx6121581220151512121288881212151520202020121515151212128822444422442（四）矿井瞬变电磁探测工作面煤层底板水害体•工作面探测电磁场“烟圈”辐射示意图四、工作面煤层底板水害预报矿井物探方法与技术煤层底板34223工作面材料道溜子道45°45°探测方向探测方向四、工作面煤层底板水害预报矿井物探方法与技术四、工作面煤层底板水害预报矿井物探方法与技术aaa矿井瞬变电磁法应用矿井瞬变电磁法探测采掘面内导水陷落柱aa四、工作面煤层底板水害预报矿井物探方法与技术0102030405060708090100110-70-65-60-55-50-45-40-70-65-60-55-50-45-40陷落柱0102030405060708090100110-90-85-80-75-70-65-60-55-50-45-90-85-80-75-70-65-60-55-50-45陷落柱发育范围陷落柱发育范围（五)探测煤层底板含水构造两中方法比较1.音频电透视技术采用接触式探测,接地电阻处理好坏直接影响探测结果可靠性,体积效应大,工作效率较低，分辨率低,工作面完全贯通后才能测量，对高、低阻反映均较灵敏,探测距离取决于供电电流大小,无探测盲区;2.矿井瞬变电磁法采用非接触式探测,具有明显方向性,体积效应较小(约束角为60～90度的锥体),对低阻反映较灵敏,工作效率高，分辨率高,工作面是否贯通均可测量，但受高度限制（不小于1.8m),探测距离在１０0～１５0m,可以分别从两上、下顺槽对工作面底板进行探测，探测范围覆盖工作面底板。距离巷道周围有２５m左右范围为探测盲区。四、工作面煤层底板水害预报矿井物探方法与技术五、工作面切眼外侧或巷道外侧帮断层富水性探测工作面平面位置边界断层边界断层