綜合物探方法在陷落柱位置及富水性探測(cè)中的應(yīng)用

王宗濤

（安徽惠洲地質(zhì)安全研究院股份有限公司，安徽合肥 230601）

礦井突水事故是煤礦重大災(zāi)害之一，綜合分析以往發(fā)生的陷落柱突水事故，均具有突發(fā)、突水量大、經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重且難以治理等特點(diǎn)，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)造成了較大的危害。因此，查明陷落柱的位置及導(dǎo)水性對(duì)煤礦安全生產(chǎn)掘進(jìn)十分必要[1-4]。

陷落柱不含水，內(nèi)部破碎的陷落柱電性較差，局部電阻率升高，若陷落柱含水，導(dǎo)電性增強(qiáng)，與圍巖的電阻率差異較大。因此，根據(jù)陷落柱電性參數(shù)的變化，采用網(wǎng)絡(luò)并行電法、無(wú)線電波透視綜合物探方法，可對(duì)陷落柱的位置、形態(tài)及導(dǎo)水性等進(jìn)行探測(cè)分析，為煤礦的安全生產(chǎn)提供可靠資料[5-6]。

1 網(wǎng)絡(luò)并行電法原理

工作面內(nèi)并行電法三維空間探測(cè)技術(shù)是利用工作面運(yùn)輸巷和風(fēng)巷分別布置電法對(duì)穿測(cè)線，具有單個(gè)電極供電多電極同時(shí)測(cè)量的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，組成工作面對(duì)穿測(cè)網(wǎng)，可得到工作面內(nèi)、底板下的電阻率分布情況，獲得工作面內(nèi)陷落柱、斷層等的構(gòu)造異常位置、富水性信息。

2 無(wú)線電波透視探測(cè)方法原理

電磁波穿過(guò)煤層途中遇到斷層、陷落柱或其他構(gòu)造時(shí)，電磁波能量被吸收或完全被屏蔽，形成透視異常[7]。研究各種構(gòu)造、地質(zhì)體對(duì)電磁波的影響，根據(jù)無(wú)線電波透視異常進(jìn)行地質(zhì)推斷和解釋。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 地質(zhì)概況及探測(cè)目的

3-802工作面回采3#煤，煤層平均厚度6.2 m，煤層傾角2°～6°。本次主要探測(cè)第二切眼外509 m處發(fā)育X8-9陷落柱，為了保證工作面回采安全，需查明X8-9陷落柱在煤層中的具體發(fā)育位置和形態(tài)及富水性。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)布置

（1）網(wǎng)絡(luò)并行電法現(xiàn)場(chǎng)布置和數(shù)據(jù)采集。

在3-802工作面回風(fēng)順槽和運(yùn)輸順槽巷道底板依次布置電法測(cè)線和電極，電極間距10 m。現(xiàn)場(chǎng)施工共布置電法測(cè)線2條，回風(fēng)順槽和運(yùn)輸順槽各1條。

（2）坑透現(xiàn)場(chǎng)布置和數(shù)據(jù)采集。

無(wú)線電波透視探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)施工分別在3-802工作面回風(fēng)順槽和運(yùn)輸順槽布置發(fā)射點(diǎn)及接收點(diǎn)。發(fā)射點(diǎn)間距為50 m，接收點(diǎn)間距均為5 m，每個(gè)發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)接收31個(gè)數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)并行電法現(xiàn)場(chǎng)布置如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)并行電法現(xiàn)場(chǎng)布置

坑透現(xiàn)場(chǎng)布置如圖2所示。

圖2 坑透現(xiàn)場(chǎng)布置

3.3 成果分析

（1）網(wǎng)絡(luò)并行電法。

采用三維電阻率進(jìn)行反演，可得到3-802工作面底板下5～90 m深度電阻率成像水平切片圖。各深度電阻率水平切片呈現(xiàn)2個(gè)主要的高阻異常區(qū)YC1、YC2，由淺到深，發(fā)育范圍逐漸增大。

反演切片中表現(xiàn)為高阻，分析陷落柱富水性差，且周?chē)窗l(fā)現(xiàn)明顯的導(dǎo)水裂隙通道。此結(jié)果顯示原先推測(cè)的X8-9陷落柱可能為2個(gè)獨(dú)立的個(gè)體[8]。

（2）無(wú)線電波透視。

數(shù)據(jù)采用坑透軟件系統(tǒng)（ECT2.0）進(jìn)行反演，透過(guò)吸收系數(shù)圈定構(gòu)造異常位置。

根據(jù)坑透探測(cè)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)曲線值變化特征、SIRT反演吸收系數(shù)成像圖綜合分析，工作面內(nèi)存在兩處透視異常區(qū)TY1和TY2。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況、礦方提供的相關(guān)資料，分析該透視異常區(qū)，結(jié)果顯示以往推測(cè)的X8-9陷落柱為2個(gè)獨(dú)立個(gè)體。

3.4 綜合探測(cè)效果分析

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)并行電法及無(wú)線電波透視綜合探測(cè)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)資料、水文地質(zhì)資料，判斷原三維地震X8-9陷落柱異常為2個(gè)閉合的陷落柱，陷落柱呈現(xiàn)高阻異常，其富水性較弱，且未發(fā)現(xiàn)明顯導(dǎo)水裂隙通道[9]。

底板下不同深度電阻率水平切片如圖3所示。

圖3 底板下不同深度電阻率水平切片

實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)曲線如圖4所示。

圖4 實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)曲線

SIRT反演吸收系數(shù)成像如圖5所示，綜合異常解釋圖如圖6所示。

圖5 SIRT反演吸收系數(shù)成像

圖6 綜合異常解釋圖

5 結(jié)語(yǔ)

（1）采用網(wǎng)絡(luò)并行電法及無(wú)線電波透視方法，綜合探測(cè)3-802工作面X8-9陷落柱，兩種方法異常區(qū)基本吻合，原三維地震解釋為單一陷落柱異常，經(jīng)綜合物探探測(cè)，可分辨為2個(gè)陷落柱異常，經(jīng)回采驗(yàn)證，異常位置與實(shí)際資料基本吻合，應(yīng)用效果較好。

（2）采用兩種物探方法，除了對(duì)陷落柱的位置及形態(tài)進(jìn)行定位外，可驗(yàn)證陷落柱異常的富水性，根據(jù)底板下不同深度網(wǎng)絡(luò)并行電法切片結(jié)果，陷落柱異常為高阻，富水性差，可為礦方防治水提供參考依據(jù)。