单广军

（山西省临汾市霍州煤电集团公司李雅庄煤矿，山西 霍州 031400）

对于煤矿小型断层构造的探测，采用单一的探测技术很难达到良好的效果。而采用多种探测技术进行综合探测，各探测结果进行互相印证，能大大提高预测预报的准确性。本文对524运联巷DF3断层采用瞬变电磁法、多波地震法和矿井直流电法进行综合探测，准确掌握DF3断层构造的具体情况，为李雅庄煤矿的生产和防治水措施提供技术支撑。

1 工程概况

霍州煤电集团公司李雅庄煤矿始建于1990年5月，矿井设计生产能力150万t/a的矿井、入洗能力270万t/a的洗煤厂。当前李雅庄煤矿五采区524运联巷在3#煤底板岩层中掘进，524运联巷迎头距地面垂直距离为630m。该煤矿五采区存在DF3断层，走向近EW，倾向S，倾角70°，落差0～40m，延展长度1000m，正断层。为了能确保524运联巷的掘进安全，必须对DF3断层的位置、富水性和导水性进行进一步的查证。

2 矿井瞬变电磁法探测

瞬变电磁法探测是煤矿井水中应用最普遍的物探方法之一，可以探测并圈定巷道内部的富水异常区，再采用其他探测方法进行验证。本次探测仪器选择加拿大Geonics公司PROTEM-47瞬变电磁系统。PROTEM-47属于小、轻便的发射系统，关断时间极短，探测距离可以达到100～120m。

2.1 探测方案设计

针对李雅庄煤矿524运联巷迎头进行超前探测，本次探测在沿着煤层斜上方45°、60°、45°、75°，以及垂直90°方向分别布置，如图1所示。同时还对巷道的底板也进行富水性的探测，找出异常区。

2.2 探测成果分析

针对524运联巷的瞬变电磁探测，其成果图如图1所示。从图1中可以看到，在该巷道的右帮前方有大片高阻异常反射区，这说明该区域的岩体已破碎，无富水区域；另外也有可能是该区域岩体在排水后再呈现出的高阻异常反射。但是对于巷道左帮区域的异常反射无明显情况，区域内的岩体局部出现低阻异常。

图1 迎头超前探测成果图

从图2迎头底板的探测成果图中可以看到，迎头附近底板在约35～40m左右都出现了低阻异常区。结合该巷道底板含水层情况，说明该位置是位于太原组三灰附近，表现为非常明显的富含水区域，其他部位低阻异常不明显。

图2 迎头底板瞬变电磁探测成果图

3 矿井地震波探测

地震波超前探测是利用地震波在传播过程中，对不均匀地质体产生反射从而进行实识的多波多分量高分辨率技术，该探测技术专为煤矿巷道掘进施工中的地质探测而设计。地震波超前探测原理图如图3所示。

图3 地震波超前探测原理图

从图3（a）中可以看到地震波超前探测技术的观测系统模型，从图3（b）中可以看到地震波的波形及界面反射波组的特征。

3.1 测线布置与数据采集

本次地震波超前探测主要是采用单边排列观测系统。测线1布置于迎头位置，激发点位于左右帮，间距0.5m，激发点65个；测线2布置于迎头后方，间距1m，激发点30个。

3.2 结果分析

地震波超前探测成果图如图5所示，从图5当中可以看到有非常明显的R1界面和R2界面。取岩体速度2.5～3.0m/s，计算所得R1界面位置为63～75.6m，R2界面位置为84～100.8m。从而可以推理在62～68m段区域内应该为断层带。

图4 地震超前探测结果剖面

4 直流电法探测

直流电法探测的基本原理：矿井直流超前探采用三极装置，在全空间介质中利用单点电源A供电，用M、N电极测量。超前探与电测探工作方式不同，它是将A极固定在巷道迎头，向后逐点移动M、N电极，测量电位差△UMN，并以测量电极MN的中点为记录点，计算视电阻率后，就可绘制出沿巷道的视电阻率剖面曲线。

4.1 探测方案

本次对于524运联巷的直流探测，前期做好无穷远及标点工作的布置。点距4m，距工作面10m设立A1电极。然后，在迎头前方相应位置布置A1、A2、A3、A4发射电极和MN接收电极。作业时向A1、A2、A3、A4发射额定电流。本次直流电法探测方案布置如图5所示。

图5 直流电法超前探测方案布置图

4.2 探测成果分析

图6为524联巷的直流电法探测成果图，从图6中可以看到，电阻率值在60Ω•m以下为积水区反射区，85Ω•m以下为岩体相对富含水区的反射区。

图6 524联运巷迎头直流电法超前探测成果图

本次探测A1电极距迎头为20m，因已掘进导致积水出现，从图6中可以看到为低阻异常区，在12m处出现高阻异常区，说明该区域的岩体已破碎，不富水。在17～22m段表现为低阻异常区，分析为相对富水部位。在62～68m段为高阻异常区，推测为断层带。在68～74m段，富水明显，位于地震波探测成果图中的R1与R2异常反射带之间。

5 结论

本论文采用瞬变电磁法、地震波探测法和直流电法对李雅庄煤矿524运联巷DF3断层进行了探测研究，掌握了该断层的类型、具体位置及分布特征。主要有：（1）直流电法高阻异常区及地震波R1异常区为DF3断层，距迎头约为63m。（2）R2异常反射区为F18断层边界。（3）巷道底板36～41m位置为太原组三层灰岩，为局部富水区。（4）巷道17～22m、68～74m两段富水程度较高。