杜家溝煤業(yè)地面探測(cè)淺層采空破壞區(qū)技術(shù)應(yīng)用

宋麗超

（山西霍州煤電集團(tuán)技術(shù)研究院，山西 霍州 041000 ）

杜家溝煤業(yè)所采的2#煤層埋藏淺，最淺處距離地面15～20 m，導(dǎo)致井田內(nèi)小煤窯私挖濫采現(xiàn)象較嚴(yán)重。小窯采空破壞區(qū)大多為無序開采所形成的，無規(guī)律可循，在井下準(zhǔn)確探明小窯采空破壞區(qū)較困難，礦井急需查清小窯破壞及2#煤層賦存情況，以便進(jìn)行下一步的采掘布置。因此對(duì)2-104 采掘范圍內(nèi)的2#煤層賦存情況進(jìn)行有效的探查，從而為鉆探提供真實(shí)準(zhǔn)確的耙區(qū)至關(guān)重要。

本次直流電四極測(cè)深法[1]探測(cè)使用YDZ（A）直流電法儀，主要從地面探測(cè)井下工作面內(nèi)部小窯破壞及煤層賦存情況，確定相對(duì)低阻區(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

杜家溝煤業(yè)2-104 工作面地面位于河津市下化鄉(xiāng)半坡村南部，為低山黃土丘陵地帶，地表大部分黃土覆蓋，溝谷發(fā)育，地形較復(fù)雜，無常年性河流。地表西北部有一條下半坡溝，無房屋建筑，工作面地表未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造或地質(zhì)塌陷區(qū)等可能威脅井下安全的地質(zhì)體；工作面西部存在原杜家溝礦小煤窯破壞區(qū)，主采2#煤層，根據(jù)地面調(diào)查，小煤窯井口無漏風(fēng)現(xiàn)象，已進(jìn)行封堵。在2-1042 巷掘進(jìn)過程中揭露了大范圍的采空區(qū)，給生產(chǎn)帶來了極大的安全隱患，鉆探過程中經(jīng)常出現(xiàn)鉆探10 m 左右、甚至幾米即不回水、卡鉆等現(xiàn)象，也有可能發(fā)生局部采空區(qū)遺漏的現(xiàn)象。因此需要準(zhǔn)確探查工作面內(nèi)部小窯破壞情況，為防治水提供更加精確的鉆探耙區(qū)。

2 設(shè)備及技術(shù)參數(shù)

2.1 使用設(shè)備

直流電探測(cè)儀器采用YDZ（A）直流電法儀。該儀器操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高，克服了大地游散電流、極化電位等因素的影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作狀態(tài)穩(wěn)定，靈敏可靠[1-2]。

2.2 裝置形式及技術(shù)參數(shù)

根據(jù)本次礦井電法的地質(zhì)任務(wù)，結(jié)合礦井實(shí)際地質(zhì)情況，決定直流電法采用四極測(cè)深裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集[3]，四極測(cè)深裝置及ρs曲線示意圖如圖1。電極排列和有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：

圖1 四極測(cè)深裝置示意圖

（1）供電極距AB/2 最大60 m，可以保證探測(cè)深度不小于45 m；

（2）供電電流50～70 mA，可以保證足夠的觀測(cè)信號(hào)和信噪比；

（3）供電間距4 m，以保證足夠的分辨率和數(shù)據(jù)采集密度。

3 測(cè)線布設(shè)

2-104 工作面沿東西方向布設(shè)，為保證探測(cè)效果并結(jié)合地面河溝環(huán)境確定本次測(cè)線沿南北方向布置，設(shè)計(jì)2 條測(cè)線分別為A、B，如圖2 所示。測(cè)線A 布置18 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)線B 布置9 個(gè)測(cè)點(diǎn)，具體設(shè)計(jì)測(cè)線測(cè)點(diǎn)數(shù)27 個(gè)，復(fù)查點(diǎn) 6 個(gè)，試驗(yàn)物理點(diǎn)5個(gè)。各條測(cè)線坐標(biāo)見表1。

表1 測(cè)線端點(diǎn)坐標(biāo)成果表

測(cè)線號(hào) 測(cè)點(diǎn)號(hào) x y A A15 19 465 263 3 952 000 A A16 19 465 266 3 952 034 A A17 19 465 291 3 952 025 A A18 19 465 323 3 952 006 B B1 19 465 011 3 951 901 B B2 19 465 037 3 951 906 B B3 19 465 050 3 951 911 B B4 19 465 074 3 951 924 B B5 19 465 117 3 951 949 B B6 19 465 128 3 951 953 B B7 19 465 149 3 951 959 B B8 19 465 011 3 951 901 B B9 19 465 176 3 951 977

圖2 測(cè)線示意圖

4 數(shù)據(jù)處理及解釋

由于探測(cè)范圍內(nèi)2#煤層埋藏深度為20 m左右，故處理得到15 m、20 m、25 m、30 m 不同深度的切片圖。圖3中縱坐標(biāo)為測(cè)線間距，橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)號(hào)。圖中標(biāo)注的數(shù)值表示電阻率大小的變化。

圖3 直流電不同深度切片成果圖

正常情況下煤層一般表現(xiàn)為相對(duì)高阻，相對(duì)而言泥巖、砂巖視電阻率相對(duì)較低[4]。當(dāng)存在積水煤層采空區(qū)（即地質(zhì)異常體）時(shí)，地質(zhì)異常體及其附近電性分布將使局部電阻率值降低[5]。根據(jù)相鄰巷道鉆探資料及地質(zhì)情況分析該工作面內(nèi)部小窯破壞區(qū)富水性較弱，主要是破壞區(qū)影響較大，從以上情況看出高阻區(qū)即為未被破壞的煤層范圍。具體分析如下：為確定不同深度巖層的電性異常區(qū)域，按照上述的統(tǒng)計(jì)解釋原則獲得：（1）河溝下15 m 層段巖層的視電阻率值在234～843 Ω·m 間變化，平均值為510 Ω·m，標(biāo)準(zhǔn)偏差為101 Ω·m，該巖層段的異常閾值為476 Ω·m；直流電法淺層0～15 m 范圍內(nèi)曲線連續(xù)且顯示為低阻巖層，預(yù)計(jì)為河溝內(nèi)沉積淤泥。（2）河溝下20 m 層段巖層的視電阻率值在442～1022 Ω·m 間變化，平均值為716 Ω·m，標(biāo)準(zhǔn)偏差為135 Ω·m，該巖層段的異常閾值為671 Ω·m。根據(jù)該段巖層異常閾值確定2 處異常（分別為YC1、YC2），YC1 位于1#測(cè)線60～80 m 與2#測(cè)線20～40 m 之間兩條測(cè)線內(nèi)部,視電阻率值小于671 Ω·m，分析為煤層未被破壞區(qū)；YC2 位于1#測(cè)線120～150 m 與2#測(cè)線80～100 m 之間兩條測(cè)線內(nèi)部，視電阻率值小于671 Ω·m，分析為煤層賦存較好，未被大面積破壞。（3）河溝下25 m 層段巖層的視電阻率值在586～1155 Ω·m 間變化，平均值為827 Ω·m，標(biāo)準(zhǔn)偏差為108 Ω·m，該巖層段的異常閾值為791 Ω·m。根據(jù)該段巖層異常閾值確定1 處異常為YC3，YC3 位于1#測(cè)線110～130 m 與2#測(cè)線80～100 m 之間兩條測(cè)線內(nèi)部，視電阻率值小于791 Ω·m，該異常區(qū)地面位置與YC2 基本一致，分析為煤層賦存較好，未被大面積破壞。

圖4、圖5 分別為A、B 測(cè)線數(shù)據(jù)處理得到的成果圖。圖中縱坐標(biāo)為探測(cè)深度，橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)號(hào)。直流電法淺層0～15 m 范圍內(nèi)曲線連續(xù)且顯示為低阻巖層，預(yù)計(jì)為河溝內(nèi)沉積淤泥；深度20～30 m 范圍內(nèi)曲線變化明顯，預(yù)計(jì)受小煤窯采空破壞影響。綜合分析得到下列結(jié)論：A、B 測(cè)線直流電圈定3 處低阻區(qū)，分別位于測(cè)線20～40 m、80～100 m、110～130 m 范圍內(nèi)，預(yù)計(jì)該處區(qū)域煤層破壞不嚴(yán)重，為煤柱區(qū)，其余范圍煤層破壞嚴(yán)重。

圖4 A 測(cè)線直流電成果圖

圖5 B 測(cè)線直流電成果圖

5 實(shí)際應(yīng)用效果分析

礦方在1042 巷掘進(jìn)期間對(duì)揭露的小窯采空區(qū)、采空巷道資料進(jìn)行了收集，并對(duì)地面直流電異常區(qū)進(jìn)行了重點(diǎn)探查，如圖6。圖中黑色巷道為礦方實(shí)際掘進(jìn)巷道，黑色虛線為揭露小窯巷道，黑色橢圓形為小窯破壞區(qū)范圍，黑色圖框（YC）為直流電圈定的低阻區(qū)即煤柱區(qū)。從圖中可以看出掘進(jìn)實(shí)際揭露與地面直流電探測(cè)結(jié)果基本一致。

圖6 地面直流電異常與實(shí)際揭露對(duì)比圖

6 結(jié)語(yǔ)

在地面采用直流電四極測(cè)深方法對(duì)淺層煤層賦存、小窯破壞情況進(jìn)行探查，可以有效地指導(dǎo)礦方的安全生產(chǎn)，為礦井防治水提供翔實(shí)的物探資料。