幅頻電透視在探查煤層底板水及注漿檢驗中的應(yīng)用

崔煥玉

（河北煤炭科學(xué)研究院有限公司 河北省礦井物探工程中心，河北 邢臺 054000）

0 引 言

底板巖溶承壓水是影響工作面回采的主要因素之一，在回采過程中，如遇到導(dǎo)水構(gòu)造導(dǎo)通底板奧灰含水層，將會造成突水威脅，導(dǎo)致礦井損失重大。因此在工作面回采前，需通過井下物探方法探明煤層底板富水異常區(qū)位置，并對底板進行注漿改造，再次通過井下物探方法來驗證，確保煤層底板注漿效果，最終達到工作面安全回采的目的。

目前井下常用的物探方法有礦井瞬變電磁法、幅頻電透視技術(shù)和并行電法。礦井瞬變電磁法施工簡便[1]，可靈活設(shè)計多組不同角度對煤層頂?shù)装暹M行探測，能切出底板下不同深度視電阻率切片，但感應(yīng)電磁場易受巷道里大型鐵器、動力電影響，一方面會使探測結(jié)果出現(xiàn)假異常，另一方面影響瞬變電磁探測距離。并行電法施工速度快、簡單[2-3]，但受限于儀器發(fā)射電流、電壓，在較寬工作面采集效果不太理想。幅頻電透視技術(shù)，可避免上述2 種物探方法缺點，受動力電影響較小，穿透距離也較大[4-5]，結(jié)合礦井條件，選擇幅頻電透視技術(shù)探查底板富水異常區(qū)更加方便高效。經(jīng)實際應(yīng)用，結(jié)合鉆探驗證，幅頻電透視技術(shù)能夠很好的查清工作面底板賦水異常區(qū)域，并且對注漿檢測效果較好，值得進一步推廣。

1 幅頻電透視技術(shù)

1.1 原 理

幅頻電透視技術(shù)是以巖石的電性差異為基礎(chǔ)，對人工電流場的分布規(guī)律進行的觀測和研究。其基本原理是，把供電電極A（有時用偶極A、B） 和測量電極M、N 分別布置在采煤工作面兩相鄰巷道，采用直流供電，通過測量M、N 間的電位差，研究兩巷道間工作面內(nèi)及圍巖中電場分布規(guī)律。便可以確定工作面底板以下一定深度范圍內(nèi)（約為工作面采寬的1/2） 不同含水地質(zhì)體的形態(tài)和規(guī)模。

1.2 井下施工方法

常用的幅頻電透視裝置形式有定點二極電透視法、定點三極電透視法、定點偶極電透視法、同步二極電透視法、同步三極電透視法、同步偶極電透視法。

2 探測實例分析

2.1 探測區(qū)地質(zhì)概況

該工作面為10 號煤綜采工作面，走向長800 m，工作面傾斜長150 m，工作面掘進過程中無斷層、陷落柱、采空區(qū)、不良地質(zhì)鉆孔等隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素。頂板為K2 灰?guī)r含水層，該含水層為強富水性含水層，為工作面頂板直接充水含水層。工作面底板距本溪組上部灰?guī)r17.23 m，本溪組厚度28.86 m，工作面距奧陶系峰峰組上部灰?guī)r46.09 m，該工作面防治水重點是防范奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層通過隱伏導(dǎo)水構(gòu)造對工作面安全造成威脅。

2.2 探測儀器及探測方案

此次施工采用定點三極電透視法（圖1），測點距統(tǒng)一采用10 m，發(fā)射點間距為60 m，每個發(fā)射點在另一巷的扇型對稱區(qū)間接收13 個點（兩端除外）。測量時，沿巷道依次移動供電電極A，測量電極M、N 布置在另一條巷道，保證相鄰供電電極的接收扇形有足夠的重疊，再將發(fā)射和接收巷道互換，逐點依次探測，進一步增加觀測覆蓋次數(shù)，完成雙巷測量，使采面內(nèi)各物理測點有2 次以上覆蓋，增加數(shù)據(jù)真實性和有效性。

圖1 幅頻電透視施工布置示意Fig.1 Amplitude frequency electricity perspective construction layout

2.3 物探成果解釋與分析

圖2為該工作面第一次幅頻電透視工作布置及成果圖，圖中曲線為電導(dǎo)率等值線，不同色界代表視電阻率相對高低，數(shù)值越大，視電阻率越?。▓D中深色區(qū)域），富水性相對也越強。經(jīng)過分析，該工作面幅頻電透視共圈定4 處異常區(qū)，深度為煤層底板75 m 以淺。

圖2 注漿前幅頻電透視探測成果圖Fig.2 Amplitude frequency electricity perspective detection results before grouting

3 注漿檢測

3.1 鉆孔驗證情況

第一次幅頻電透視探測結(jié)束后，礦方根據(jù)幅頻電透視圈定的異常布置鉆孔，具體打鉆位置如圖2所示。鉆孔打到本灰以下4 處異常均出現(xiàn)不同程度出水，具體注漿量見表1，較好的驗證了物探成果。通過注漿加固，增加了隔水層的阻水性能，封堵了灰?guī)r與煤層底板導(dǎo)水通道。再通過檢查孔驗證，出水量減少到2～6 m3/h，注漿后底板巖層得到了較好的加固，改造效果顯著[6-7]。注漿前、后部分鉆孔出水量見表1。

表1 工作面底板改造鉆孔探查成果Table 1 Detection results of working face floor reconstruction drilling hole

經(jīng)JC10 孔、JC11 孔、JC2 孔、JC14 孔、JC15孔檢驗，分別表明FP1-1 孔、FP1-2 孔、FP2-1孔、FP3-1 孔和FP3-2 孔、FP4-4 注漿質(zhì)量良好。

通過鉆探探查加注漿加固基本可排除物探4 處異常區(qū)對工作面回采威脅。

3.2 二次物探情況

對工作面注漿加固后，采用幅頻電透視技術(shù)對工作面進行了二次物探（圖3），二次物探成果與第一次物探成果對比分析，第一次幅頻電透視所圈定4 處異常在二次幅頻電透視相同位置均顯示相對高阻，原異常位置周圍個別地區(qū)顯示低阻，分析為由于注漿加固，原異常區(qū)域的阻值變高，致使異常周邊部分區(qū)域變?yōu)橄鄬Φ妥琛?/p>

圖3 注漿后幅頻電透視探測成果Fig.3 Amplitude frequency electricity perspective detection results after grouting

第二次幅頻電透視還圈定1 處異常區(qū)，為5 號異常，分析為工作面底板注漿加固后，整體巖層富水性變?nèi)?，致使該區(qū)域相對低阻變明顯，礦方針對5 號異常施工鉆孔3 個，鉆孔探測層位為本溪灰?guī)r，最大鉆孔出水水量為1 m3/h，水壓無，其余2個鉆孔均未出水。

通過對工作面兩次物探，基本可以排除工作面底板含水裂隙對工作面回采影響，幅頻電透視技術(shù)在工作面底板巖層富水性探測及注漿效果檢驗方面具有良好效果。

4 結(jié) 論

通過工作面注漿前后兩次幅頻電透視探測工作，得出如下結(jié)論。

（1） 幅頻電透視技術(shù)在探查工作面底板巖層的巖性變化反應(yīng)靈敏，含水異常區(qū)探測效果顯著。

（2） 幅頻電透視技術(shù)可在煤層底板注漿效果評價中發(fā)揮重要作用，更好的指導(dǎo)鉆探注漿，為工作面防治水工作提供技術(shù)依據(jù)。