江 飛，汪 武

（安徽理工大學(xué) 地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001）

淮南礦區(qū)深部煤層底板水害探查方法應(yīng)用分析

江 飛，汪 武

（安徽理工大學(xué) 地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001）

南地區(qū)煤田向深部開采過(guò)程中，A組煤層賦存條件好，但受到底板灰?guī)r水害威脅，因此需查明底板巖層的富水特征，以確保礦井生產(chǎn)安全。目前主要采用的地球物理勘探方法有三維并行電法、音頻電透視法等。本文通過(guò)對(duì)該區(qū)域應(yīng)用的物探方法技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行綜述，進(jìn)一步分析其應(yīng)用條件及效果。

底板水害；三維并行電法；音頻電透視

1 引言

礦井水害一直是影響煤礦安全開采的主要是因素之一，深部煤層開采最大威脅就是來(lái)自煤層底板的灰?guī)r水，我國(guó)約有半數(shù)以上的煤礦不同程度地受到灰?guī)r水的影響，受災(zāi)面積和嚴(yán)重程度均居世界主要產(chǎn)煤國(guó)家的首位。淮南礦區(qū)A組煤層儲(chǔ)量豐富，賦存穩(wěn)定，煤質(zhì)好［1］。由于煤層開采的地質(zhì)、水文條件復(fù)雜，斷層構(gòu)造多，水平向地應(yīng)力大，深部巖層裂隙發(fā)育，因此，開采前期需要采用單一或綜合的物探方法，探查深部煤層底板的巖層富水性及其分布特征，對(duì)安全合理的開采煤炭資源，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

2 淮南深部煤層開采條件及探查

（1）A組煤層開采條件。淮南煤田為一軸向北西西的復(fù)向斜構(gòu)造，煤田南、北邊緣有低角度走向逆斷層發(fā)育，一般開采條件尚可，但太原組灰?guī)r喀斯特水比較復(fù)雜，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的探測(cè)水工作探明底板水賦存情況。（2）采取的物探方法。目前，該區(qū)最常用的底板水害探查方法主要有礦井直流電法以及音頻電透視法等，通過(guò)對(duì)于水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單區(qū)域采用單一物探方法，對(duì)于復(fù)雜區(qū)域多采用兩種以上的探水方法綜合分析，進(jìn)一步提高判斷精度。

3 方法應(yīng)用及分析

每種物探手段有其自身優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，地質(zhì)條件和操作環(huán)境較好的情況下，基本能順利得到滿意的探測(cè)成果，但大多數(shù)情況下，特別是在煤層深部開采的條件下，由于地質(zhì)條件復(fù)雜和操作空間有限等限制，單一的物探手段已無(wú)法獨(dú)自完成探測(cè)工作或得到準(zhǔn)確的探測(cè)效果，因此，通常需要其他物探手段的輔助，綜合分析，提高對(duì)底板巖層富水特征判斷的探測(cè)精度。

3.1 三維并行電法的應(yīng)用

對(duì)于巷道間透視三維電法探查系統(tǒng)，主要由包括數(shù)據(jù)采集主機(jī)、電極陣列和電纜系統(tǒng)組成［2］。該系統(tǒng)主要解決的是在有限的礦井空間范圍內(nèi)，進(jìn)行巷間底板透視的三維電法勘探，從而得到更加準(zhǔn)確全面的三維地電信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面底板巖層富水性的全面勘查［3］。三維并行電法自提出以來(lái)，相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量的模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并在礦井水文地質(zhì)異常探查工作上取得良好效果［4］，目前，已經(jīng)投入生產(chǎn)使用，且技術(shù)日趨完善。其具體的探測(cè)實(shí)例表明，某工作面水文地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層發(fā)育，底板40m以下為灰?guī)r，底板水害威脅嚴(yán)重，隨時(shí)會(huì)發(fā)生突水事故，后使用三維并行電法探測(cè)底板富水性以指導(dǎo)鉆孔探放水以及注漿加固，確保安全開采。現(xiàn)場(chǎng)采用三維電法測(cè)試，共布置測(cè)線6站，每一測(cè)站長(zhǎng)度為315m，電極距為5m，電極數(shù)64個(gè)，數(shù)據(jù)采集采用AM法，結(jié)果用surfer軟件進(jìn)行成像處理，得到立體電阻率成果圖（如圖1）。探測(cè)結(jié)果顯示，該范圍存在5個(gè)較強(qiáng)的相對(duì)低阻區(qū)，結(jié)合巷道揭露巖性及巷道積水情況，得出1、2深度延伸較大，與灰?guī)r水相連，水害威脅最大，3號(hào)區(qū)主要為砂巖含水區(qū)段。經(jīng)鉆孔放水嚴(yán)重，灰?guī)r地層普遍含水，僅少數(shù)孔無(wú)水出，后通過(guò)注漿加固，將突水系數(shù)降到安全值以下。該探測(cè)成果表明，三維并行電法作為一種新型探測(cè)技術(shù)，探測(cè)效果好，可靠性強(qiáng)，有效的指導(dǎo)了礦井防治水工作開展。

3.2 音頻電透視法的應(yīng)用

音頻電透視法是在直流電阻率法基礎(chǔ)上發(fā)展的一種探測(cè)井下巖體富水性的物探方法，兼具電法和頻率測(cè)深的特點(diǎn)［5］，該方法利用工作面底板內(nèi)部含水構(gòu)造進(jìn)行超前探測(cè)，確定含水體的位置，為鉆探泄放水提供方向和目標(biāo)，其最大穿透深度約320m。音頻電透視在淮南礦區(qū)A組煤底板探水應(yīng)用中效果良好，多個(gè)礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明該技術(shù)使用性強(qiáng)，推廣空間大。其探測(cè)實(shí)例表明，在淮南潘二礦底板探測(cè)水施工中，設(shè)定發(fā)射點(diǎn)單間距50m，接收極單點(diǎn)距為10m，單階段探測(cè)長(zhǎng)度為300m，分階段測(cè)量，探測(cè)結(jié)果如圖2所示。

從成果圖可看出，底板上層段內(nèi)，巖層視電阻率為1-2.4Ω·m，均值4.6Ω·m，有2個(gè)視電阻率值大于6Ω·m異常區(qū)。第一個(gè)異常區(qū)主要發(fā)育在中砂巖為主的巖層內(nèi)，連續(xù)性好且異常幅度大，表明該范圍富水相對(duì)較強(qiáng)；第二異常區(qū)連續(xù)性差，幅度小，富水性較弱。而在之后的探測(cè)區(qū)打鉆放水驗(yàn)證與探測(cè)結(jié)果基本吻合，說(shuō)明音頻電透視法探測(cè)效果理想。

3.3 應(yīng)用分析

通過(guò)對(duì)淮南礦區(qū)底板水害探查的兩種物探方法應(yīng)用實(shí)例表明，它們?cè)诨茨系V區(qū)底板灰?guī)r水害探查工作中取得了一定的效果，基本能準(zhǔn)確的探測(cè)出底板灰?guī)r水富水性，為礦井防治水工作指出了明確的目標(biāo)和方向。但是在探測(cè)過(guò)程中仍有些問(wèn)題需要改進(jìn)：

（1）電磁法物探手段發(fā)展成為了重要的礦井底板水害探查技術(shù)之一，但其精度仍然有待提高，誤判或錯(cuò)判事故仍然存在，影響了煤層正常開采。（2）在淮南深部煤層開采技術(shù)條件下，礦井物探需要針對(duì)煤礦底板灰?guī)r水防治，進(jìn)行專門的災(zāi)害地球物理場(chǎng)研究，開發(fā)新的技術(shù)系統(tǒng)，提高對(duì)巖層富水性定量評(píng)價(jià)與判斷指標(biāo)。

4 結(jié)論

（1）淮南礦區(qū)深部煤層開采地質(zhì)條件復(fù)雜，單一的物探手段存在多解性，實(shí)際工作中往往 需要兩種或多種綜合物探技術(shù)的聯(lián)合勘探，對(duì)不同評(píng)價(jià)參數(shù)的綜合分析，進(jìn)一步得出更為準(zhǔn)確的探測(cè)成果。

（2）水害探查精度問(wèn)題一直是個(gè)大問(wèn)題，通過(guò)提升不同物探方法的判斷能力，發(fā)揮不同物探方法的合力，通過(guò)區(qū)域探查研究，進(jìn)一步摸索適應(yīng)本區(qū)巖層富水的電性判別標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，仍然是目前需要解決的問(wèn)題。

［1］黃暉，付茂如，韓必武.淮南礦區(qū)潘北礦A組煤層首采工作面開采地質(zhì)條件探查分析［J］.中國(guó)煤炭地質(zhì)，2014，26（05）：53-57.

［2］張成乾，楊伐，譚磊.雙巷三維并行電法數(shù)值及物理模型試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)煤炭地質(zhì)，2014，6（09）：60-62.

［3］付茂如，韓東亞，張平松.礦井工作面底板水害探查方法對(duì)比試驗(yàn)［J］.物探與化探，2013，12（06）：1067-1070.

［3］劉盛東，吳榮新，張平松.三維并行電法勘探技術(shù)與礦井水害探查［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2009，34（07）：927-932.

［4］吳榮新，劉盛東，張平松.雙巷并行電法探測(cè)煤層工作面底板富水區(qū)［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2010，35（03）：454-457.

［5］劉瑞新.音頻電透視技術(shù)在煤礦水文探測(cè)中的應(yīng)用［J］.煤礦現(xiàn)代化，2012，110（05）：58-60

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.184

江飛（1992-），男，安徽六安人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楣こ膛c環(huán)境物探。