音頻電透視法在礦井工作面頂板水探測中的應(yīng)用

王 偉

(潞安環(huán)能股份公司 王莊煤礦，山西 長治 046031)

在我國煤礦發(fā)生的生產(chǎn)事故中，水害事故是僅次于瓦斯事故的重特大災(zāi)害事故[1]。煤礦防治水工作是減少礦井水害事故發(fā)生，尤其是減少重大事故發(fā)生的基礎(chǔ)和保障，而做好煤礦防治水工作的首要任務(wù)是必須對礦井的水文地質(zhì)條件勘探查明，對工作面存在的隱伏地質(zhì)、煤層頂?shù)装搴畬蛹爱惓５冗M行成功預(yù)報，以便采取相應(yīng)的防治措施，確保礦井安全生產(chǎn)[2-4]。在現(xiàn)有煤礦水文地質(zhì)物探手段中，音頻電透視法因其效率高、解譯方便、探測效果好等優(yōu)勢，已經(jīng)成為探測煤層頂板水特性的一種有效的物探方法[3-5]。

隨著王莊井田開采范圍不斷延伸，采區(qū)工作面布置逐漸進入承壓開采區(qū)域，地表和地下水文地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，從而造成采掘工作面水害威脅日趨嚴重。7102工作面處于王莊井田71采區(qū)，地處奧灰水承壓區(qū)域，工作面主要充水水源為煤層頂板砂巖裂隙含水層以及K8、K10砂巖含水層中的水，除此之外，工作面對應(yīng)地表水體與第四系及基巖風(fēng)化帶含水層水體聯(lián)系較強。為了保證工作面的安全回采，必須對工作面煤層頂板巖層含水特征進行探測，并采區(qū)有效的防治水害措施。本文采用音頻電透視法對7102工作面煤層頂板0～50 m、50～110 m的含水層及其含水性異常分布、含水性的強弱等情況進行了探測，以此指導(dǎo)安全生產(chǎn)工作。

1 音頻電透視法技術(shù)原理

音頻電透視法是基于不同巖性之間存在的電性差異，對地質(zhì)異常進行探測和解譯的有效物探手段。相對于巖層，含水構(gòu)造可以看做為一種局部地質(zhì)體，水所表現(xiàn)的電性為低阻高導(dǎo)介質(zhì)，煤層頂板含水層表現(xiàn)出低阻特性，與周邊圍巖相比，含水構(gòu)造又存在高導(dǎo)電率，并且涌水量大小與導(dǎo)電率的變化幅度呈正比。電流通過含水構(gòu)造和巖層，會發(fā)生不同程度的電流場變化，通過分析電流場的分布規(guī)律差異，便可以判斷和解譯含水構(gòu)造的存在以及形態(tài)規(guī)模。

由音頻電透視法的原理模擬得出，煤層頂板存在含水構(gòu)造與不含水體巖層，兩種條件下電位測量曲線的比較示意，見圖1[2]。

圖1 工作面頂板低阻異常體探測曲線比較示意

2 測點布置及技術(shù)措施

本次音頻電透視探測網(wǎng)密度為：接收點距10～20 m、供電點距50 m，針對每個供電點，在回采工作面另一巷道與之對稱點附近一定區(qū)段進行扇形掃描接收?，F(xiàn)場探測時在7102工作面運輸巷布置發(fā)射點21個、回風(fēng)巷布置發(fā)射點15個，共計36個發(fā)射點。每個發(fā)射點一般對應(yīng)10～20個接收點。為了探測工作面頂板上不同高度層段的水文異常體情況，礦井音頻電透視施工時采用F=15 Hz、120 Hz兩個頻點依次測試。

為了能夠獲取準確的探測結(jié)果，考慮到工作面實際情況，采取相應(yīng)的技術(shù)措施：①工作面兩巷道內(nèi)局部區(qū)域存在淋水現(xiàn)象，巷道低洼處積水較嚴重，對探測信號接收造成干擾，因此供電點位置避開水體，底鼓地段應(yīng)將供電電極往側(cè)幫上方移動；②在工作面邊界位置存在空巷，也會形成信號干擾，則在該區(qū)域增加接收信號采集次數(shù)；③工作面兩巷道幫有錨網(wǎng)，探測過程中特別注意保證電極不與金屬網(wǎng)接觸。

3 數(shù)據(jù)處理和解譯

3.1 數(shù)據(jù)處理原則

3.2 成果分析

將物探成果和已知的地質(zhì)資料相結(jié)合；按從已知到未知，從點到線，由線到面，由淺入深的原則進行綜合分析得出：

1) 7102工作面頂板上0～50 m高度層段內(nèi)巖層的視電導(dǎo)率值在0～135 S/m間變化，平均值為12 S/m、標準偏差為10 S/m，其中有三個視電導(dǎo)率值≥22 S/m的異常條帶，自西向東，編號為：“一號低阻異常區(qū)”，異常連續(xù)性較好，異常核心位于工作面中部； “二號低阻異常區(qū)”， 異常不連續(xù)；“三號低阻異常區(qū)”，異常連續(xù)性較好，異常核心位于回風(fēng)巷附近，見圖2。

2) 7102工作面頂板上50～110 m高度層段內(nèi)巖層的視電導(dǎo)率值在0～24 S/m間變化，平均值為4 S/m、標準偏差為3 S/m，其中有二個視電導(dǎo)率值≥7 S/m的異常條帶，自西向東，編號為：“一號低阻異常區(qū)”，異常連續(xù)性較好，異常核心位于回風(fēng)巷附近；“二號低阻異常區(qū)”，異常連續(xù)性較好，異常核心位于回風(fēng)巷附近，見圖3。

圖2 王莊煤礦7102工作面頂板上0～50 m層段巖層含水性音頻電透視成果

圖3 王莊煤礦7102工作面頂板上50～110 m層段巖層含水性音頻電透視成果

4 結(jié) 語

1) 由音頻電透視探測成果顯示，7102工作面的低阻異常大多發(fā)育相對明顯，建議低阻異常區(qū)做為采前防治水工作的重點區(qū)域。

2) 開采過程中注意工作面水情監(jiān)測、水文長觀孔的水位變化觀測，發(fā)現(xiàn)異常情況時要及時進行分析、匯報。

上述結(jié)論是根據(jù)物探資料的實際反映并結(jié)合有關(guān)水文地質(zhì)資料分析而來，由于井下物探勘探高度(或深度)的限制，成果資料反映的水文地質(zhì)信息僅局限于一定高度(或深度)范圍內(nèi)地層的水文資料。而礦井涌水的變化不僅受物探涉及區(qū)域地層的水文地質(zhì)條件，還與測區(qū)外(上方)的含水構(gòu)造的發(fā)育、連通情況、補給源、水頭壓力及煤層厚度、采煤方法、回采速度等諸多因素相關(guān)。