田永華

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西省西安市，710077）

★ 煤炭科技·地質(zhì)與勘探★

井下高分辨電測深技術(shù)在黃玉川礦防治水的應用

田永華

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西省西安市，710077）

應用高分辨電測深技術(shù)對黃玉川礦216上01工作面底板隔水層的完整情況進行探測，圈定底板隔水層裂隙發(fā)育帶和富含水異常區(qū)，為工作面防治水工程的實施提供參考資料。

奧灰水 高分辨電測深技術(shù) 物探 黃玉川礦

1　概況

1.1井田地質(zhì)構(gòu)造

黃玉川井田位于準格爾煤田南部詳查區(qū)的深部區(qū)，井田構(gòu)造與南部詳查區(qū)基本一致，為傾角小于15°的單斜構(gòu)造，地層走向為北北東向，傾向為北西西向。在單斜背景上，局部地區(qū)有寬緩的波狀起伏。西南部地層呈弧形彎曲，地層走向為北東向，傾向為北西向。井田內(nèi)地層產(chǎn)狀平緩，傾角一般為3°～5°，斷裂不發(fā)育，無火成巖影響。褶皺主要為田家石畔撓曲，從井田的西南部向北37°～49°東延伸，在216號鉆孔處撓曲方向發(fā)生轉(zhuǎn)折，方向轉(zhuǎn)為近正北方向，在2#勘查線以北27°東方向穿越井田。由主要可采煤層6#煤層底板等高線及資源儲量圖可知，等高線變化在400～960 m之間，東部高西部低。根據(jù)已完成三維地震勘探、電法勘探和井巷實際揭露，本井田斷層比較發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造屬中等到復雜類型。

1.2水文地質(zhì)概況

黃玉川井田內(nèi)奧灰水位在+872.5～+882.525 m，6上煤層一、二盤區(qū)突水系數(shù)全部在臨界值0.06 MPa/m以下，基本不受奧灰層壓水的威脅，三盤區(qū)在突水系數(shù)臨界值0.06 MPa/m以上部分，受奧灰水的威脅較大。

216上01工作面北鄰二水平東翼大巷，西鄰216上02工作面（未掘），南至DF5斷層，東至井田邊界。該工作面北部巷道的標高較低，大部分都低于奧灰水位線，受地質(zhì)構(gòu)造的影響，煤層頂?shù)装遢^為破碎，裂隙較為發(fā)育。井巷工程穿過DF23和DF6斷層時均出現(xiàn)滴淋水現(xiàn)象。在216上01工作面系統(tǒng)形成后，對216上01工作面帶壓開采區(qū)段進行了井下音頻電透視探測，探測了底板下80 m、120 m層段附近巖層賦水性異常的分布情況，確定了底板相對富水部位。由于本區(qū)奧灰頂界面距6上煤層底板的平均距離約為60 m，雖然6上煤層底板有穩(wěn)定的隔水層，但由于斷層等地質(zhì)構(gòu)造的存在極有可能破壞隔水層的完整性，存在底板灰?guī)r水從隔水層相對薄弱區(qū)段突入工作面的可能性。

礦方在該工作面設(shè)計回撤聯(lián)巷部位進行底板超前探水時，補1、補2、補4號鉆孔在工作面底板下30 m左右鉆孔出水，水源為奧灰水，并且底板灰?guī)r水已分別導升到煤層底板下16.5 m、24.5 m和27.5 m附近，加之該部位位于奧灰水位線以下，工作面回采時存在奧灰水突入工作面的可能。

鑒于以上情況，該礦決定應用井下高分辨電測深技術(shù)對216上01工作面進行補充井下電法勘探，探測216上01工作面隔水層的完整情況，圈定裂隙發(fā)育帶和含富水異常區(qū)，為工作面防治水工作提供參考資料。

2　礦井物探工作

2.1井下高分辨電測深技術(shù)原理

井下電測深技術(shù)主要用于探測煤層頂?shù)装鍍?nèi)潛在的含富水構(gòu)造，一般采用三極裝置（AMN∞）進行井下全空間電法探測。

井下電測深技術(shù)是研究深度方向地層電性變化規(guī)律、從而獲得深度方向地層各種地電信息的一種物探方法。在同一點逐次增大供電電極距，使勘探深度由小逐漸變大，于是可以觀測到測點處沿深度方向由淺到深地層的電性變化情況，主要用于研究電性分層和水文地質(zhì)問題。

井下三極電測深裝置形式及數(shù)據(jù)采集方式如圖1所示。

圖1　井下電測深裝置形式

三極探測法把供電電極B放置到無窮遠處（BO間距為AO間距的5倍以上），使供電電極A呈點電源模式，固定測量電極M、N（記錄點在MN的中點O處），移動供電電極A，隨著AO距離的增大，探測到的深度也在加大，于是也可探測到測點上方一定深度范圍內(nèi)地層的電性變化情況。

三極探測法視電阻率的計算公式為:

ΔU——M、N間電位差；

I——電流強度。

在實際測量中，裝置系數(shù)K可由儀器輸入的電極距AB/2和MN/2來得到，電位差ΔU和電流強度I可以通過儀器測量出來，通過視電阻率計算公式可得到某個深度段上的視電阻率值。

2.2測點布置

高分辨直流電法勘探在216上01工作面的運輸巷道和回風巷道內(nèi)布置，探測區(qū)段從二水平東翼回風大巷往工作面切眼方向720 m，測點間距10 m，運輸巷道和回風巷道各布置測點72個。

3　資料處理與探測結(jié)果

3.1井下高分辨直流電法資料處理步驟

井下高分辨直流測深技術(shù)的關(guān)鍵在于井下收集的第一手資料的準確性和時效性，它是通過視電阻率來反映巖石特性變化，之后運用專用軟件對收集的數(shù)據(jù)進行處理，其詳細的步驟如下:

（1）數(shù)據(jù)整理。對所測視電阻值進行全空間校正，同時形成視電阻率曲線圖、視電阻率等值線剖面圖。

（2）提取視電阻率中的含水信息。解釋含水層及導水通道機理，并分析總結(jié)構(gòu)造異常體的含水、導水規(guī)律。

（3）提取視電阻率中的巖石電性分層信息。主要是為了研究分析采面的頂?shù)装甯羲畬雍穸纫约昂畬釉紝叨取?/p>

3.2探測結(jié)果分析

（1）216上01工作面運輸巷道高分辨電測深視電阻率等值線斷面圖見圖2，此圖可直觀地反映測區(qū)內(nèi)各測線下方巖層橫向、縱向視電阻率的變化情況。圖中視電阻率（單位:Ω·m）等值線值可反映測線下方巖層視電阻率的高低變化情況。

圖2　運輸巷道高分辨電測深視電阻率等值線斷面圖

從圖2中可以看出，在巷道底板下10～40 m附近視電阻率值相對較高，該層位對應6上煤層底板至9#煤層底板隔水層位置，在該層位的0～6、16～20、40～50、68～72號測點附近底板隔水巖層相對薄弱；底板下50～80 m對應于粗砂巖含水層、泥巖及奧陶系灰?guī)r頂部位置，在該層段0～10、16～24、30～34、38～46、52～58、66～72號測點視電阻率值相對較低，疑似砂巖及奧陶系灰?guī)r頂部巖層相對富水。

（2）216上01工作面回風巷道高分辨電測深視電阻率等值線斷面圖見圖3，從圖中可以看出，在巷道底板下10～40 m附近視電阻率值相對較高，該層位僅在0～18、60～72號測點附近底板隔水巖層相對薄弱；巷道底板下50～80 m層段，粗砂巖含水層、泥巖及奧陶系灰?guī)r頂部位置0～10、14～22、30～36、50～58、62～72號測點附近存在砂巖及奧陶系灰?guī)r相對富水區(qū)。

圖3　回風巷道高分辨電測深視電阻率等值線斷面圖

3.3異常性質(zhì)分析

本次井下電法補充勘探采用了高分辨電法新技術(shù)，經(jīng)后期處理、解釋、分析得到如下幾點探測結(jié)論:

（1）在回風巷道0～80 m、140～200 m附近存在較為明顯的異常區(qū)，且位于設(shè)計主回撤通道靠近回風巷道一側(cè)鉆孔在底板下30～70 m附近出水量較大，推斷該處異常區(qū)附近底板隔水巖層相對薄弱且局部相對富水，推斷在工作面底板下70～100 m附近巖層（奧灰頂界面附近）相對富水。

（2）回風巷道開口向工作面內(nèi)620～720 m附近以及運輸巷道開口向工作面內(nèi)520～580 m附近存在較為明顯的異常區(qū)，推斷該區(qū)段底板隔水層局部相對薄弱，底板下70～100 m附近巖層相對富水。

（3）通過觀測主回撤通道附近異常區(qū)特征并結(jié)合已知鉆探驗證資料分析，在回風巷道0～100 m、140～220 m、300～360 m、運輸巷道0～100 m、 160～240 m、300～340 m存在與之較為相似的異常區(qū)段，推斷上述異常區(qū)段局部相對富水。

4　結(jié)論與建議

高分辨電法測深方法技術(shù)成熟、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動化、資料處理軟件也較完善，是煤礦井下防治水工作十分有效的物探方法技術(shù)。應用高分辨電測深技術(shù)對黃玉川礦216上01工作面底板隔水層的完整情況進行探測，圈定底板隔水層裂隙發(fā)育帶和富含水異常區(qū)，為工作面防治水工程的實施提供參考資料。

值得注意的是物探具有多解性，以上探測成果是在采掘前相對靜態(tài)、平衡條件下得到的，在工作面回采時，由于地應力失去平衡后，不導水裂隙也會變?yōu)閷严?，畢竟存在裂隙發(fā)育帶的堅硬巖層是相對薄弱地帶。低阻異常區(qū)域是客觀存在的，其能否通過裂隙、構(gòu)造導水并發(fā)生突出受諸多因素的影響和控制，底板水的導通和突出亦是如此。

建議在工作面回采前打鉆補勘，參考文獻：

進一步查明異常的性質(zhì)，回采過程中注意工作面水情監(jiān)測和水文長觀孔的水位變化觀測，并及時進行分析，采取切實可行措施，確保生產(chǎn)安全。

［1］ 譚志祥，周鳴，鄧喀中.斷層對水體下采煤的影響及其防治［J］.煤炭學報，2000（3）

［2］ 鄔劍明，張鈺斐，牛立東.電法勘探在廢棄小煤窯自燃火源位置探測中的應用［J］.中國煤炭，2010（11）

［3］ 王勃，劉盛東，張朋.采用網(wǎng)絡(luò)并行電法儀進行煤礦底板動態(tài)監(jiān)測［J］.中國煤炭地質(zhì)，2009（3）

［4］ 張衛(wèi)，吳榮新，付茂如等.三維并行電法在工作面頂板富水區(qū)探測中的應用［J］.中國煤炭，2011（6）

［5］ 劉志新，岳建華，劉樹才.礦井直流電透視方法技術(shù)研究［J］.安徽理工大學學報，2003（3）

［6］ 韓德品，石亞丁.礦井電穿透方法技術(shù)的研究 ［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2000（2）

［7］ 施龍青，翟培合，魏久傳等.三維高密度電法技術(shù)在巖層富水性探測中的應用 ［J］.山東科技大學學報（自然科學版），2008（6）

［8］ 劉盛東，吳榮新，張平松等.三維并行電法勘探技術(shù)與礦井水害探查［J］.煤炭學報，2009（7）

［9］ 吳榮新，劉盛東，張平松.雙巷并行三維電法探測煤層工作面底板富水區(qū)［J］.煤炭學報，2010（3）

［10］ 高召寧，鄭志偉，應治中.電法測試技術(shù)在覆巖破壞監(jiān)測中應用［J］.中國煤炭，2015（3）

［11］ 姚姚.地球物理反演基本理論與應用方法［M］.武漢:中國地質(zhì)大學出版社，2002

［12］ 黃俊革.三維電阻率/極化率有限元正演模擬與反演成像［D］.中南大學，2003

（責任編輯 郭東芝）

The application of high resolution electrical sounding technology in water prevention and control in Huangyuchuan Mine

Tian Yonghua
（Xi'an Research Institute of China Coal Technology&Engineering Group Co.，Ltd.，Xi'an，Shaanxi 710077，China）

The high resolution electrical sounding technology was applied to detect the full conditions of aquiclude in upper 216-01 working face floor of Huangyuchuan Mine，and the abnormal zones of fracture development and rich water-bearing in aquiclude were confirmed，which provided reference data to the implementation of water prevention and control engineering.

ordovician limestone water，high resolution electrical sounding technology，geophysical prospecting，Huangyuchuan Coal Mine

★ 煤炭科技·開拓與開采★

P631.3

A

田永華（1979- ），男，漢族，遼寧建平人，工程師，現(xiàn)供職于中煤科工集團西安研究院有限公司，主要從事地球物理勘探儀器和礦井自動化工作。