淺談斷層活化導(dǎo)水動態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用

摘 要：介紹了唐口煤業(yè)礦井利用直流電并行電法對工作面回采期間斷層活化導(dǎo)水情況動態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用，利用WBDPro電阻率數(shù)據(jù)解析系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)，利用surf8.0軟件進行輔助成圖結(jié)合現(xiàn)場實際分析采掘活動引起斷層活化的突水危險性，及時采取措施有效防止突水事故發(fā)生。

關(guān)鍵詞：斷層活化；動態(tài)監(jiān)測；并行電法

引言

為防止采動過程中DF139斷層與濟寧斷層活化導(dǎo)通奧灰水，造成突水事故，唐口煤業(yè)公司引進并行電法勘探在4309工作面開采過程中對DF139斷層及濟寧斷層進行監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)斷層活化現(xiàn)象，方便采取相應(yīng)措施，有效防止了突水事故的發(fā)生。

1 并行電法系統(tǒng)的工作原理

并行電法儀的起點是高密度電法勘探。高密度電法儀是在傳統(tǒng)電法儀的基礎(chǔ)上加上了單片機電極轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)，通過多芯電纜與電極的連接來構(gòu)成，整套系統(tǒng)只有一個A/D轉(zhuǎn)換器，導(dǎo)致其只能串行采樣。要實行并行采樣就必須使每一電極都配備A/D轉(zhuǎn)換器，能自動采樣的電極相當(dāng)于智能電極，智能電極通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與主機保持實時聯(lián)系，在接受供電狀態(tài)命令時電極采樣部分?jǐn)嚅_，讓電極處于AB供電狀態(tài)，否則一直工作在電壓采樣狀態(tài)，并通過通訊線實時地將測量數(shù)據(jù)送回主機。通過供電與測量的時序關(guān)系對自然場、一次場、二次場電壓數(shù)據(jù)及電流數(shù)據(jù)自動采樣，采樣過程沒有空閑電極出現(xiàn)。智能電極與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)了并行電法勘探，完全類似于地震勘探的數(shù)據(jù)采集功能，從而大大降低了電法數(shù)據(jù)的采集成本。根據(jù)電極觀測裝置的不同，并行電法數(shù)據(jù)采集方式分為兩種：AM法和ABM法。利用并行電法儀采集的數(shù)據(jù)可以進行高密度電阻率法和高分辨地電阻率法解釋，也可以進行二維和三維電阻率成像解釋。

2 測線布置與數(shù)據(jù)采集

2.1 測線布置

為更好地觀察4309工作面開采過程中DF139、濟寧斷層活化情況，擬在4309工作面皮帶順槽布置1個電法監(jiān)測站，了解斷層的變化導(dǎo)水規(guī)律。針對工作面的實際情況，在皮帶順槽、切眼及軌道順槽中具體位置布置電法測線。

從軌道順槽切眼向外50m位置開始，沿4309工作面軌道順槽外幫底板經(jīng)切眼至皮帶順槽切眼向外180m位置結(jié)束施工電法監(jiān)測溝。監(jiān)測溝需向下開挖至煤層底板下50cm，測線溝長度為320m。電極安裝時，現(xiàn)場在電極溝內(nèi)每5m施工一個深度約為30cm電極眼，并用炮泥塞滿。電極安裝結(jié)束后，測線上方用4cm厚木板覆蓋，防止一般機械損傷測線。圖1為電極溝布置示意圖。圖2為電極布置空間分布圖。

圖1 電極溝布置示意圖

2.2 數(shù)據(jù)采集

從2012年4月12開始，到2012年5月26日采集結(jié)束，共采集數(shù)據(jù)35次，每次采集分別使用恒流時間0.5s、2s，采樣間隔為50ms、100ms、每中采集模式每次至少采集一組數(shù)據(jù)。選定一組數(shù)據(jù)質(zhì)量較高的進行視電阻率成圖等處理。

2.3 數(shù)據(jù)處理

由于并行電法數(shù)據(jù)采集方式采用了并行采集，數(shù)據(jù)量大，且為全電場觀測，因此在數(shù)據(jù)處理技術(shù)與處理流程上有獨特的特點。數(shù)據(jù)處理采用的是“WBDPro電阻率數(shù)據(jù)解析系統(tǒng)”。并選用了surf8.0軟件進行輔助成圖。

本次井下數(shù)據(jù)主要采用了AM裝置形式，因此可以采用“二極法處理”“三極法處理”；控制參數(shù)中開關(guān)影響時間為100ms，數(shù)據(jù)為全空間，深度系數(shù)為0.5。測點坐標(biāo)主是指電極坐標(biāo)（X，Y，Z），本次處理時以皮帶順槽與切眼交匯點（即27#電極位置）為坐標(biāo)零點，沿皮帶順槽指向工作面回采推進方向為X正方向，軌道順槽方向為Y正方向，Z正向為頂板方向。數(shù)據(jù)解編時，電流值與電位值均采用均值法進行疊加處理。解編后將不吻合地電場規(guī)律的電流值與電位值剔除。經(jīng)過上述處理后進入視電阻率計算模塊。和常規(guī)電法視電阻率計算公式相同。在計算完視電阻率后進行成圖。為了進一步獲取底板裂隙帶發(fā)育深度的發(fā)育范圍，需用當(dāng)日的視電阻率值與背景值進行做差，求取其視電阻率變化，使用視電阻率差值進行成圖。

3 成果分析

根據(jù)生成的視電阻率等值線圖，結(jié)合現(xiàn)場情況，切眼位置未見突水前兆，該低阻區(qū)為工作面噴水降塵及切眼位置鉆探所使用廢水綜合作用的結(jié)果。從巖性角度分析，該地層隸屬于二疊系山西組，主要巖性為灰～灰黑色粉砂巖、泥巖，淺灰色中、細(xì)砂巖，灰?guī)r等，可能局部含水。該煤層直接底板為平均厚度為1.2M的泥巖，老底為粘土質(zhì)細(xì)砂巖，因此該低阻區(qū)還受砂巖裂隙水影響。通過直流電法超前探查明DF139斷層及濟寧斷層的活化情況。根據(jù)超前探資料在DF139斷層及濟寧斷層附近，視電阻率相對較高，斷層富水性較低。將以后隨著煤層回采所采集的地電場視電阻率數(shù)據(jù)與此進行比較，視電阻率上升視為較安全，視電阻率下降則視為具有突水危險性，需加強工作面巡查，并對低阻區(qū)進行探查，查明視電阻率減小的原因，防止突水事故發(fā)生。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

根據(jù)對4309工作面自切眼開始150m長的監(jiān)測資料進行分析，得出如下結(jié)論：

（1）4309工作面經(jīng)歷36天，共回采155m。在回采過程中，通過直流電法超前探對DF139斷層及濟寧斷層的監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)明顯阻值異常，斷層富水性弱，未見活化導(dǎo)水特征，該范圍突水危險性低。

（2）工作面回采過程中，剛開始回采時，回采速度為3～5m/d時，底板裂隙帶發(fā)育不完全，裂隙帶深度為10～16m，超前破壞范圍約為8～14m；工作面內(nèi)有小斷層發(fā)育時，回采速度為6～7m/d時，在斷層帶位置，底板裂隙帶發(fā)育深度為20～24m；工作面停采一周后，底板裂隙帶發(fā)育最大深度約為26m；重新壓實區(qū)滯后于工作面回采位置后方60m。底板裂隙帶發(fā)育范圍與工作面寬度及回采速度等有關(guān)，工作面寬度越大，回采速度越慢，底板裂隙帶發(fā)育范圍越大。

（3）通過對DF139斷層及濟寧斷層的視電阻率監(jiān)測，表明在3上煤層DF139斷層附近防水煤柱為75m，工作面寬度為90m，平均采高為2.7m，平均回采速度為7～8m/d的前提下，回采是安全的。

4.2 建議

（1）本次動態(tài)探測中，在監(jiān)測范圍內(nèi)未見DF139及濟寧斷層活化導(dǎo)水現(xiàn)象。DF139斷層及濟寧斷層對于本次工作面回采不構(gòu)成威脅。在繼續(xù)回采過程中，應(yīng)加強水文地質(zhì)觀測。

（2）在監(jiān)測過程中受工作面噴水降塵等影響，視電阻率值較低，對數(shù)據(jù)解釋造成一定的影響。建議今后的工作面底板裂隙帶觀測使用觀測鉆孔在切眼前方的防水煤柱內(nèi)安裝電極進行觀測。

（3）本次動態(tài)監(jiān)測結(jié)論僅為4309工作面自切眼向外150m范圍特定地質(zhì)條件下的觀測結(jié)果，在地質(zhì)條件不同的其他采區(qū)，不具有通用性。

參考文獻(xiàn)

[1]于景村，李志聃.高分辨率三極電測深法探測煤礦突水構(gòu)造[J].煤田地質(zhì)與勘探，1997（5）：38-40.

[2]吳榮新，劉盛東，周官群.高分辨電阻率法探測煤礦地質(zhì)異常體[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2007，35（7）：33-34.

[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，2007，34（7）：927-932.