九龍礦井下物探方法參數(shù)臨界值研究

高 飛

（1.河北煤炭科學(xué)研究院有限公司，河北 邢臺(tái) 054000；2.河北省礦井物探工程研究中心，河北 邢臺(tái) 054000）

電性差異為基礎(chǔ)的電法勘探是物探工作中的重要方法，廣泛應(yīng)用于煤礦井下物探。具體到煤礦一般根據(jù)探測(cè)目的、地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境選用最佳的探測(cè)方法、設(shè)備和工作設(shè)計(jì)進(jìn)行施工。

九龍礦位于河北省邯鄲市西南部，可采煤層下伏主要含水層有野青灰?guī)r含水層、伏青灰?guī)r含水層、大青灰?guī)r含水層、奧陶系灰?guī)r含水層，其中奧灰為最主要含水層，也是工作面回采突水威脅最大的含水層。

1 探測(cè)方法

九龍礦根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及解決問題的需要，常采用瞬變電磁、無線電波坑道透視、電測(cè)深、幅頻電透視等綜合物探技術(shù)，對(duì)工作面內(nèi)部構(gòu)造和工作面底板下一定范圍內(nèi)含水異常體的分布情況進(jìn)行綜合探測(cè)。

1.1 瞬變電磁

探測(cè)區(qū)域在15445N、15449S、15245S、15247S和15252 五個(gè)工作面。

15445 N 工作面低阻異常區(qū)剖面如圖1 所示。

圖1 15445N 工作面低阻異常區(qū)剖面示意Fig.1 Profile of low resistivity anomaly area in No.15445N face

15445 N 工作面瞬變電磁電阻率對(duì)數(shù)范圍在0.4～2.1，結(jié)合鉆探資料，圈定一處相對(duì)低阻異常區(qū)，臨界值選定0.75。

15449 S 工作面瞬變電磁電阻率對(duì)數(shù)等值線斷面如圖2 所示。

圖2 15449S 工作面瞬變電磁電阻率對(duì)數(shù)等值線斷面圖Fig.2 Logarithmic contour section of transient electromagnetic resistivity in No.15449S face

15449 S 工作面瞬變電磁電阻率對(duì)數(shù)范圍在-0.45～1.9，結(jié)合鉆探資料，在探測(cè)范圍內(nèi)未圈定相對(duì)低阻異常區(qū)，在所有測(cè)線探測(cè)成果圖上，沿探測(cè)方向60 m 附近存在1 條帶相對(duì)低阻區(qū)，結(jié)合以往解析經(jīng)驗(yàn)和巷道內(nèi)探測(cè)環(huán)境條件分析，該條帶異常為儀器線框互感、巷道內(nèi)線狀金屬物體如金屬管路、電纜等的綜合影響反應(yīng)，非含水異常體反映。除此之外，電阻率對(duì)數(shù)等值線呈規(guī)律性分布，探測(cè)范圍內(nèi)沒有明顯大的低阻異常區(qū)顯示，說明整體上巖層含水性比較弱，不存在明顯較大的含水地質(zhì)異常體。

15245 S 工作面瞬變電磁電阻率對(duì)數(shù)范圍在0～2.5，結(jié)合鉆探資料圈定一處相對(duì)低阻異常區(qū)，臨界值選定0.75。15245S 工作面瞬變電磁超前電阻率對(duì)數(shù)等值線斷面如圖3 所示。

圖3 15245S 工作面瞬變電磁超前電阻率對(duì)數(shù)等值線斷面圖Fig.3 Logarithmic contour section of transient electromagnetic advanced resistivity in No.15245S face

15247 S 工作面瞬變電磁電阻率對(duì)數(shù)范圍在-0.25～1.8，結(jié)合鉆探資料，在探測(cè)范圍內(nèi)未圈定相對(duì)低阻異常區(qū)，電阻率對(duì)數(shù)等值線呈規(guī)律性分布，探測(cè)范圍內(nèi)沒有明顯大的低阻異常區(qū)顯示，說明整體上巖層含水性較弱，不存在明顯大的含水地質(zhì)異常體。15247S 工作面瞬變電磁超前電阻率對(duì)數(shù)等值線斷面如圖4 所示。

圖4 15247S 工作面瞬變電磁電阻率對(duì)數(shù)等值線斷面圖Fig.4 Logarithmic contour section of transient electromagnetic resistivity in No.15247S face

15252 工作面瞬變電磁超前電阻率對(duì)數(shù)等值線斷面如圖5 所示。15252 里塊工作面瞬變電磁電阻率對(duì)數(shù)范圍在-0.75～2.7，結(jié)合鉆探資料，在探測(cè)范圍內(nèi)未圈定相對(duì)低阻異常區(qū)，電阻率對(duì)數(shù)等值線呈規(guī)律性分布，探測(cè)范圍內(nèi)沒有明顯大的低阻異常區(qū)顯示，說明整體上巖層含水性較弱，不存在明顯大的含水地質(zhì)異常體。

圖5 15252 工作面瞬變電磁電阻率對(duì)數(shù)等值線斷面圖Fig.5 Logarithmic contour section of transient electromagnetic resistivity in No.15252 face

綜合以上5 個(gè)工作面瞬變電磁工作，得出以下結(jié)論。當(dāng)瞬變電磁電阻率對(duì)數(shù)整體數(shù)值在0 以上時(shí)，以0.75 為臨界值，低于0.75 的區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)低阻異常區(qū)；當(dāng)瞬變電磁電阻率對(duì)數(shù)存在負(fù)值時(shí)，以上5 組數(shù)據(jù)均不存在低阻異常區(qū)，故受數(shù)據(jù)量影響暫時(shí)不能找到此種情況下的臨界值，但該臨界值應(yīng)低于-0.75；當(dāng)電阻率對(duì)數(shù)等值線呈規(guī)律性分布時(shí)，電阻率將不再是唯一圈定相對(duì)低阻異常區(qū)的參數(shù)，要結(jié)合實(shí)際結(jié)論地質(zhì)資料詳細(xì)分析之。

1.2 無線電波坑道透視

探測(cè)區(qū)域在15445N、15449S 和15252 里塊3個(gè)工作面。

15445 N 工作面坑透實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)解析曲線如圖6所示。15445N 工作面煤層厚度約1.4 m，工作面寬93～148 m。工作面內(nèi)共圈定2 處異常區(qū)，結(jié)合工作面巷道揭露已知地質(zhì)資料和打鉆資料分析，K1為巷道揭露斷層F10 反應(yīng)，落差＞煤厚，K1 范圍較大，受斷層屏蔽影響，異常區(qū)內(nèi)不能排除存在其它地質(zhì)構(gòu)造的的可能性。K2 分析為煤層厚度變化或隱伏地質(zhì)異常反映，影響規(guī)模1/2 煤厚＜H＜煤厚。

圖6 15445N 工作面坑透實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)解析曲線Fig.6 Field strength analytical curve measured by penetration in No.15445N face

工作面寬度145 m 范圍內(nèi)，接收值峰值約為55 dB，接收范圍內(nèi)峰值低于55 dB 時(shí)，此范圍內(nèi)應(yīng)受構(gòu)造影響，當(dāng)接收值低于45 dB 時(shí)，構(gòu)造影響15449 S 工作面坑透實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)解析曲線如圖7所示。規(guī)模大于1/2 煤厚，下順槽37 號(hào)之后，隨著工作面寬度逐漸變窄，接收值逐漸增大，在工作面寬度為90 m 時(shí)，接收值達(dá)到60 dB 左右。

圖7 15449S 工作面坑透實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)解析曲線圖Fig.7 Field strength analytical curve measured by penetration in No.15449S Face

15449 S 工作面煤層厚度約1.2 m，工作面寬90～115 m。工作面內(nèi)共圈定3 處異常區(qū)，結(jié)合工作面巷道揭露已知地質(zhì)資料和打鉆資料分析，K1在上下巷0～5 號(hào)位置，K2 在上下巷17～25 號(hào)位置，其影響范圍小于1/2 煤厚,為工作面內(nèi)隱伏構(gòu)造；K3 為巷道揭露斷層在工作面的延伸，其延伸長度約為130 m，落差H＜1/2 煤厚。

工作面寬度約為90 m 時(shí)，接收值峰值可達(dá)70 dB，接收范圍內(nèi)峰值低于65 dB 時(shí)，此范圍內(nèi)應(yīng)受構(gòu)造影響，下順槽8 號(hào)之后，工作面寬度達(dá)到120 m 時(shí)，接收峰值達(dá)到60 左右，接收范圍內(nèi)峰值低于55 dB 時(shí)，此范圍內(nèi)應(yīng)受構(gòu)造影響，當(dāng)接收值低于50 dB 時(shí)，構(gòu)造影響規(guī)模大于1/2 煤厚。

15252 里塊工作面坑透實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)解析曲線如圖8 所示。

圖8 15252 里塊工作面坑透實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)解析曲線圖Fig.8 Field strength analytical curve measured by penetration in No.15252 inner face

15252 里塊工作面煤層厚度約2.5 m，工作面寬40～120 m。工作面內(nèi)共圈定3 處異常區(qū)，結(jié)合工作面巷道揭露已知地質(zhì)資料和打鉆資料分析，3處異常均為巷道揭露斷層在工作面內(nèi)的延伸反應(yīng)。

由于該工作面極不規(guī)則且工作面內(nèi)有斷層沿煤層走向幾乎貫穿整個(gè)工作面，故該組數(shù)據(jù)對(duì)坑透異常區(qū)參數(shù)臨界值參考意義不大。

綜合以上3 個(gè)工作面坑透工作，得出結(jié)論。

坑透接收數(shù)據(jù)受工作面煤層厚度影響較小，主要受工作面寬度影響；當(dāng)工作面寬度為120 m，接收實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值低于50 dB，則接收范圍內(nèi)存在地質(zhì)構(gòu)造異常，且該異常影響幅度大于1/2 煤厚。寬度大于150 m 的工作面不適宜采用坑透探測(cè)工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造情況。

1.3 電測(cè)深

15245S 工作面電測(cè)深解析曲線如圖9 所示。

圖9 15245S 工作面電測(cè)深解析曲線Fig.9 Electrical sounding analysis curve in No.15245S face

該探測(cè)視電阻率數(shù)值整體較高，最低阻值在50 Ω·m 以上，結(jié)合以往電測(cè)深探測(cè)經(jīng)驗(yàn)，該礦區(qū)煤系地層視電阻率50 Ω·m 以上巖層富水性相對(duì)較弱，因此，推斷探測(cè)范圍內(nèi)（底板下80 m） 沒有明顯低阻異常體存在。

1.4 幅頻電透視

15252 里塊工作面幅頻電透視探測(cè)成果如圖10所示。圖中曲線為電導(dǎo)率等值線，不同色界代表視電導(dǎo)率相對(duì)高低，數(shù)值越大，視電導(dǎo)率越小，富水性相對(duì)也越強(qiáng)。此次幅頻探測(cè)視電導(dǎo)率值在5～15，經(jīng)鉆探驗(yàn)證探測(cè)范圍內(nèi)無低阻異常區(qū)。故電導(dǎo)率大于15 才有可能出現(xiàn)相對(duì)低阻異常區(qū)。

圖10 15252 里塊工作面幅頻電透視探測(cè)成果Fig.10 Result of amplitude frequency electrical perspective exploration in No.15252 inner face

2 結(jié) 論

（1） 瞬變電磁電阻率對(duì)數(shù)整體數(shù)值在0 以上時(shí)，以0.75 為臨界值，低于0.75 的區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)低阻異常區(qū)；電阻率對(duì)數(shù)存在負(fù)值時(shí)，5 組數(shù)據(jù)均不存在低阻異常區(qū)，故受數(shù)據(jù)量影響暫時(shí)不能找到此種情況下的臨界值，但該臨界值應(yīng)低于-0.75；當(dāng)電阻率對(duì)數(shù)等值線呈規(guī)律性分布時(shí)，電阻率將不再是唯一圈定相對(duì)低阻異常區(qū)的參數(shù)，要結(jié)合實(shí)際結(jié)論地質(zhì)資料詳細(xì)分析；范圍較小的單點(diǎn)低阻區(qū)域不作異常處理。

（2） 無線電波坑道透視，坑透接收數(shù)據(jù)受工作面煤層厚度影響較小，主要受工作面寬度影響。當(dāng)工作面寬度為120 m，接收實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值低于50 dB，則接收范圍內(nèi)存在地質(zhì)構(gòu)造異常，且該異常影響幅度大于1/2 煤厚。工作面寬度每增加5 m，該臨界值減1；寬度大于150 m 的工作面不適宜采用坑透探測(cè)工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造情況；以上在坑透發(fā)射頻率為0.3 Mkz 時(shí)適用。

（3） 電測(cè)深礦區(qū)煤系地層視電阻率50 Ω·m以上巖層富水性相對(duì)較弱。電測(cè)深數(shù)據(jù)量較少，臨界值的界定還需后期繼續(xù)補(bǔ)充工作。

（4） 幅頻電透視礦區(qū)煤系地層視電導(dǎo)率在5～15 s/m 時(shí)巖層富水性相對(duì)較弱。幅頻數(shù)據(jù)量較少，臨界值的界定還需后期繼續(xù)補(bǔ)充工作。