下組煤底板導水裂隙帶綜合物探技術(shù)研究

宋麗超，周 鵬，王文軍

(山西霍州煤電集團 技術(shù)研究院，山西 霍州 041000)

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下組煤底板導水裂隙帶綜合物探技術(shù)研究

宋麗超，周 鵬，王文軍

(山西霍州煤電集團 技術(shù)研究院，山西 霍州 041000)

團柏礦水文地質(zhì)條件復雜，開采的11#煤層帶壓程度高，距離奧灰含水層較近。為探明11-101工作面內(nèi)部構(gòu)造發(fā)育情況、底板下奧灰含水層的富水性，采用無線電透視法、音頻電透視法、直流電四極測深法等對工作面底板下40 m內(nèi)奧灰層的富水性進行探查，綜合分析物探成果可以看出，Y1、Y4、Y5異常區(qū)奧灰層富水性較強。該綜合物探手段為工作面后續(xù)鉆探提供精確耙區(qū)，為礦井防治水提供精確的地質(zhì)資料。

導水裂隙帶；無線電透視法；音頻電透視法；直流電四極測深法

霍州煤電集團團柏礦11#煤層上覆有石炭系太原組K2、K3和K4灰?guī)r含水層，下伏有中奧陶統(tǒng)高承壓巖溶裂隙含水層。上部10#煤已采，頂板灰?guī)r水已經(jīng)大量疏放，但井田內(nèi)陷落柱和斷層等構(gòu)造比較發(fā)育，底板奧陶系石灰?guī)r含水層承壓水位又高于煤層底板標高，再加上底板隔水層較薄，奧灰水有可能通過這些地質(zhì)異常體和封堵不良鉆孔突入礦井。因此，對11#煤底板導水裂隙帶進行有效探查，為鉆探提供真實準確的耙區(qū)至關(guān)重要。

本項目采用無線電坑透確定構(gòu)造異常區(qū)，使用音頻電透視和直流電四極測深綜合物探手段精確探查工作面及巷道底板下40 m內(nèi)奧灰層的富水性，確定相對貧富水區(qū)，為礦井防治水提供精確的物探資料。

1 工作面水文地質(zhì)概況

團柏礦11-101工作面上部為10-111采空區(qū)，該范圍內(nèi)10#煤距11#煤層間距6～7 m，工作面底板標高+418～+432 m，此區(qū)域奧灰水靜水位標高為+483 m，屬帶壓開采區(qū)域。該工作面水文地質(zhì)條件復雜，主要充水水源為上部10-111工作面采空區(qū)積水和底板奧灰峰峰組含水層裂隙水，經(jīng)過長時間地疏放，上部采空區(qū)積水已大面積疏放完。奧陶系灰?guī)r位于11#煤底板下29.5～33 m處，厚度22.40～53.95 m，平均厚度38.63 m，一般發(fā)育2～4層溶隙層，是開采11#煤的主要威脅含水層。由于采區(qū)斷層和陷落柱比較發(fā)育，而且部分地段的隔水層厚度較為薄弱，可能會存在底板滲水現(xiàn)象。因此，需要準確探查工作面底板下奧灰?guī)r層的富水情況，為防治水提供更加精確的鉆探耙區(qū)。

2 綜合物探手段的應用

為查明工作面內(nèi)部是否存在隱伏構(gòu)造及導水通道，查明煤層底板下奧灰含水層富水性及裂隙發(fā)育情況，用無線電坑透法對回采面內(nèi)部隱伏構(gòu)造進行探查，用音頻電法對回采面內(nèi)部底板下奧灰含水層富水性及裂隙發(fā)育情況進行探查，用直流電四極測深對巷道底板下奧灰含水層富水性及裂隙發(fā)育情況進行探查。

2.1 無線電波坑透探測

團柏礦11-101工作面寬84 m，煤質(zhì)較好，無夾矸。探測采用WKT-E型無線電磁波，接收機數(shù)據(jù)平均數(shù)值在60 DB. 通過回采面探測共發(fā)現(xiàn)一處衰減較大的區(qū)域，該區(qū)域位于停采線附近，結(jié)合上部10煤揭露情況，分析該范圍異常受10#煤采空區(qū)積水影響，不存在大的地質(zhì)構(gòu)造,見圖1.

圖1 團柏礦11-101工作面無線電坑透成果圖

2.2 音頻電透視法探測

本次探測在11-1012巷布置發(fā)射點，11-1011巷對應接收點，發(fā)射點間距為50 m，接收點間距為10 m,對應巷道的一定區(qū)段進行扇形掃描接收。

從音頻電透視層析成像圖上看出，11-101工作面內(nèi)部范圍內(nèi)地層的綜合視電導率值一般為4～21 s，平均值為12.5 s. 其中，有3處明顯的異常區(qū)。

E1異常區(qū)位于11-1012巷1#～7#測點間(即C#導線點前18 m到6#點前18 m)，向工作面內(nèi)延伸84 m左右，底板下30 m范圍內(nèi)，分析該范圍內(nèi)底板奧灰相對富水，該異常區(qū)處于向斜軸部，可能受上部采空區(qū)積水補給，富水性較強。E2異常區(qū)位于11-1012巷33#～41#測點間(即12#導線點前16 m到12#點前96 m)，向工作面內(nèi)延伸84 m左右，底板下30 m范圍內(nèi)，分析該范圍內(nèi)底板奧灰相對富水。E3異常區(qū)位于11-1012巷72#～75#測點間(即18#導線點前97 m到20#點前8 m)，向工作面內(nèi)延伸60 m左右，底板下30 m范圍內(nèi)，分析該范圍內(nèi)底板奧灰相對富水，也可能受現(xiàn)場底板積水影響所致，見圖2.

圖2 團柏礦11-101工作面音頻電透視成果圖

2.3 直流電四極測深探測

11-101工作面底板探測時，11-1011巷從切眼(位置標記0點)開始，由里往外完成27站、378個物理點，測線長度770 m. 11-1012巷從切眼(位置標記0點)開始，由里往外完成27站、378個物理點，測線長度770 m，測線總長度1 540 m.

將11-1011巷低阻異常區(qū)標記為A，11-1012巷低阻異常區(qū)標記為B，由圖3可以看出，兩條巷道所得到的低阻區(qū)范圍基本一致，因此將A、B異常區(qū)合并圈定分析。由11-101工作面直流電法勘探低阻異常區(qū)平面圖(圖4)看出：圖中點狀和斜線陰影區(qū)域分別顯示的是煤層底板下方15 m(上部)和40 m(深部)處巖層低阻區(qū)的平面分布狀況，探測范圍內(nèi)共有5個底板巖層低阻異常區(qū)，由里往外依次標記為Y1、Y2、Y3、Y4和Y5，分布于工作面里、中、外段。

其中，Y1、Y2和Y33個低阻異常區(qū)均范圍較小，結(jié)合對應視電阻率斷面圖分析，低阻區(qū)系深部奧灰含水反映、導高較小。Y4和Y5兩個低阻異常區(qū)均范圍較大、貫穿工作面，由對應視電阻率斷面圖看出，低阻區(qū)內(nèi)部分區(qū)域淺、深部溝通(平面圖中15 m和40 m兩個切片多處重疊)，主要系奧灰含水且導高較大的反映。

綜合分析音頻電、直流電四極測深結(jié)果可以看出：音頻電E3異常區(qū)與直流電Y1異常區(qū)范圍一致，音頻電E2異常區(qū)與直流電Y4一致，音頻電E3異常區(qū)與直流電Y5一致(圖5).綜合分析兩種物探成果可以看出，Y1、Y4、Y5異常區(qū)奧灰層富水性較強。

3 實際鉆探揭露情況

該礦在11-1012巷34.7#回采點施工一個取芯孔，根據(jù)巖心鑒定及測斜推算出工作面底板至奧灰頂界面平均間距為29.5 m. 后期重點對直流電、音頻電重疊異常區(qū)進行了鉆探驗證、注漿作業(yè)。對直流電的Y5異常區(qū)在11-1011巷13.5#回采點底板進行鉆探，孔底涌水量3 m3/h；對直流電Y2和音頻電E3重疊異常區(qū)在11-1012巷74.8#回采點底板進行鉆探，孔底涌水量20 m3/h；對直流電Y4和音頻電E2重疊異常區(qū)施工了4個鉆孔，分別是：11-1012巷32#回采點(孔底涌水量8 m3/h)，11-1012巷33#回采點(孔底涌水量15 m3/h)，11-1012巷34.7#回采點(孔底涌水量15 m3/h)，11-1012巷39#回采點(孔底涌水量4.5 m3/h)，11-1012巷74.8#回采點(孔底涌水量20 m3/h). 具體鉆探情況見表1.

圖3 團柏礦11-101工作面直流電四極測深成果圖

圖4 團柏11-101工作面直流電法勘探低阻異常區(qū)平面圖

圖5 團柏11-101工作面綜合物探異常區(qū)圖

表1 11-101工作面鉆探情況表

通過對物探異常區(qū)尤其是直流電、音頻電重疊異常區(qū)實際鉆探，可以看出采用多種物探手段綜合探測(無線電坑透、直流電測深和音頻電透視)的方法可以有效地探查煤層底板裂隙帶的富水情況，防止煤層底板突水。

4 結(jié) 語

采用綜合物探技術(shù)探查工作面內(nèi)部及底板下巖層裂隙發(fā)育情況，發(fā)揮各個物探手段的優(yōu)勢，綜合分析可以有效地提高探測精度。運用無線電坑透確定構(gòu)造異常區(qū)，使用音頻電透視和直流電四極測深綜合物探手段精確探查工作面及巷道底板下40 m內(nèi)巖層裂隙的富水性。綜合使用各種物探手段可以較準確地查明各種隱伏構(gòu)造、含水層的富水區(qū)，為礦井防治水提供詳實的物探資料，是一種行之有效的方法。

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Study on Comprehensive Geophysical Prospecting Technology for Water Guiding Fracture Zone on Lower Coal Group Floor

SONG Lichao, ZHOU Peng, WANG Wenjun

The hydrological and geological conditions in Tuanbai coal mine are very complex with the No.11 coal seam which is close to the ordovician bearing higher aquifer pressure. A group of prospecting methods are introduced to find out the internal tectonic development inside coal seam of 11-101 working face, the water-richness of the aquifer which is 40 m under the floor , these instruments including radio perspective method, audio electro-perspective method, direct current quadrupole method. Comprehensive analysis of the geophysical prospecting show that some zones are unnormally rich in water content, they are the Y1, Y4, and Y5. The integrated application of the geophysical prospecting is helpful for the targeted drilling in next working stage, and provide accurate geological data for mining and water management.

Water-flowing fractured zone; Radio perspective method; Audio electrc perspective method; Direct Current quadrupole method

2017-01-28

宋麗超(1986—)，男，山西孝義人，2013年畢業(yè)于山西大學，助理工程師，主要從事井下地球物理勘探工作

(E-mail)541645716@qq.com

TD163

B

1672-0652(2017)04-0041-04