強(qiáng)富水復(fù)雜區(qū)域裂隙導(dǎo)水通道探查技術(shù)研究

宋麗超，王 毅

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

汾源煤業(yè)5-103 工作面底板標(biāo)高+1 160—+1 170 m，井田范圍內(nèi)奧灰水位平均標(biāo)高為+1 466 m，工作面帶壓2.96～3.06 MPa。掘進(jìn)期間已揭露高度為20、7、10 m 的斷層，可能導(dǎo)通底板奧灰水。為防止工作面下部砂巖、奧灰?guī)r水沿構(gòu)造帶上涌造成出水事故，需要對(duì)工作面下部砂巖及奧灰含水層的富水性進(jìn)行精準(zhǔn)探查，確定富水區(qū)域，為防治水提供詳實(shí)的資料。根據(jù)汾源煤業(yè)5-103 工作面實(shí)際情況，采用直流電法測(cè)深、瞬變電磁測(cè)深法綜合物探，精確探查工作面及巷道底板下40 m 內(nèi)奧灰層的富水性。

1 工作面水文地質(zhì)概況

汾源煤業(yè)5-103 工作面所采的5 號(hào)煤層平均厚度10 m，位于石炭系太原組中下部，煤層穩(wěn)定可采，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含1～3 層不穩(wěn)定夾矸，為1/3 焦煤。5-103 工作面煤層頂?shù)装逯饕獛r性為粉砂巖、泥巖、細(xì)砂巖、中砂巖、石灰?guī)r，電阻率約在數(shù)十至數(shù)千歐姆·米，明顯高于水的電阻率，當(dāng)裂隙發(fā)育區(qū)、構(gòu)造帶等充水時(shí)，其導(dǎo)電性大為增強(qiáng)，電阻率明顯降低。

2 綜合物探手段探測(cè)

2.1 直流電四極測(cè)深探測(cè)

直流電四極測(cè)深探測(cè)采用地大華瑞研制的YDZ50 型防爆直流電法儀，如圖1 所示。電極排列和有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：供電極距AB/2 最大64 m，保證探測(cè)深度不小于50 m；供電電流50～70 mA，保證足夠的觀測(cè)信號(hào)和信噪比；供電間距4 m，保證足夠的分辨率和數(shù)據(jù)采集密度。

圖1 四極測(cè)深裝置示意Fig.1 Device of quadrupole exploring depth

根據(jù)直流電四極測(cè)深探測(cè)結(jié)果，在礦井電法低阻異常區(qū)平面圖內(nèi)劃分出10 個(gè)視電阻率低阻異常區(qū)，分別命名為D1～D10，如圖2 所示。

圖2 5- 103 工作面礦井電法視電阻率低阻異常斷面Fig.2 Lowresistivity abnormal profile of mine electric method apparent resistivity in No.5-103 face

D1 位于工作面北部，1032 巷49 號(hào)至53 號(hào)點(diǎn)之間，靠近1032 巷一側(cè)，D1 附近存在H=7 m 斷層，斷裂構(gòu)造發(fā)育，其所在范圍應(yīng)為工作面底板至奧灰頂界面以上地層破碎帶充水引起的電性反映，應(yīng)注意其與工作面底板發(fā)生水力聯(lián)系的可能性。

D2 位于工作面北部，D1 以南，1032 巷36 號(hào)至46 號(hào)點(diǎn)之間，靠近1032 巷一側(cè)，在1032 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在大面積低阻異常反映，D2 附近斷裂構(gòu)造發(fā)育，其所在范圍應(yīng)為工作面下部地層破碎充水引起的電性反映。D2 與D8低阻區(qū)相互聯(lián)系，反應(yīng)為H=5 m、H=9 m 斷層。D8 是此次綜合電法探測(cè)發(fā)現(xiàn)的大面積低阻異常區(qū)之一，位于工作面中部偏北，1031 巷39 號(hào)至50號(hào)點(diǎn)之間，靠近1031 巷一側(cè)，在1031 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在大面積低阻異常反映，D8 附近斷裂構(gòu)造發(fā)育，其所在范圍應(yīng)為工作面下部地層破碎帶充水引起的電性反映。異常范圍內(nèi)奧灰含水的可能性較大，存在奧灰通過斷裂破碎帶與工作面底板發(fā)生水力聯(lián)系的可能性。

D3、D4 位于工作面中部偏北，1032 巷28 號(hào)至38 號(hào)點(diǎn)之間，靠近1032 巷一側(cè)，在1032 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在明顯低阻異常反映，兩異常位于斷面上部，分布面積較小，根據(jù)D3、D4 電性分布特征及地質(zhì)資料分析，其所在范圍應(yīng)為工作面下部砂巖局部裂隙發(fā)育充水引起的電性反映。

D5 位于工作面中部偏南，1032 巷17 號(hào)至20號(hào)點(diǎn)之間，靠近1032 巷一側(cè)，在1032 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在明顯低阻異常反映，異常位于斷面中下部，分布面積較大，根據(jù)D5 電性分布特征及地質(zhì)資料分析，其所在范圍應(yīng)為奧灰及上部砂巖巖溶裂隙發(fā)育充水引起的電性反映。

D6 位于工作面北部，5-103 切巷3 號(hào)至7 號(hào)點(diǎn)之間，靠近切巷一側(cè)，在5-103 切巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在明顯低阻異常反映，主要反應(yīng)為H=5 m、H=9 m 斷層，根據(jù)D6 電性分布特征及地質(zhì)資料分析，其所在范圍應(yīng)為工作面下部砂巖局部裂隙發(fā)育充水引起的電性反映。

D7 位于1031 巷53 號(hào)至56 號(hào)點(diǎn)之間；D9 位于1031 巷31 號(hào)至35 號(hào)點(diǎn)之間，D10 位于工作面中部偏南；1031 巷14 號(hào)至19 號(hào)點(diǎn)之間。3 個(gè)異常區(qū)均靠近1031 巷一側(cè)，在1032 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在小范圍低阻異常反映，根據(jù)D7、D9、D10 電性分布特征及地質(zhì)資料分析，其所在范圍應(yīng)為工作面下部砂巖局部破碎或裂隙發(fā)育充水引起的電性反映。

2.2 瞬變電磁法底板測(cè)深探測(cè)

瞬變電磁法底板測(cè)深探測(cè)采用加拿大Geonics公司生產(chǎn)的PROTEM47 瞬變電磁儀，PROTEM 接收機(jī)具有24 位瞬時(shí)分辨率，29 位系統(tǒng)分辨率，270 kHz 帶寬，微秒級(jí)的30 個(gè)采樣門和XYZ 三分量同時(shí)觀測(cè)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于井下富水性探測(cè)。礦井PROTEM47 瞬變電磁儀底板富水性探測(cè)劃分出5 個(gè)視電阻率低阻異常區(qū)，分別命名為S1～S5，如圖3 所示。

圖3 5- 103 工作面瞬變電磁視電阻率等值線斷面Fig.3 Contour profile of transient electromagnetic apparent resistivity in No.5-103 face

S1 位于工作面北部，1032 巷51 號(hào)至54 號(hào)點(diǎn)之間，靠近1032 巷一側(cè)，異?？v向延展距離較長(zhǎng)，呈長(zhǎng)條帶狀反映，S1 附近斷裂構(gòu)造發(fā)育，位置與D1 相近，其所在范圍應(yīng)為工作面下部地層破碎充水引起的電性反映，應(yīng)注意異常范圍內(nèi)工作面底板與下部奧灰含水層通過斷層發(fā)生水力聯(lián)系的可能性。

S2 位于1031 巷50 號(hào)至52 號(hào)點(diǎn)之間，靠近1031 巷一側(cè)，異?？v向延展距離較長(zhǎng)，呈條帶狀反映，垂向延伸范圍0～-75 m，主要受1031 巷H=5.6 m 斷層影響。

S3 位于1031 巷30 號(hào)至33 號(hào)點(diǎn)之間，異?？v向延展距離較長(zhǎng)，呈條帶狀反映，垂向延伸范圍0～-75 m，所在范圍應(yīng)為工作面下部砂巖和奧灰?guī)r溶裂隙發(fā)育充水引起的電性反映。

S4 位于工作面南部，1031 巷10 號(hào)至14 號(hào)點(diǎn)之間，異常位于斷面中下部，縱向延展距離較長(zhǎng)，呈長(zhǎng)條帶狀反映，垂向延伸范圍-20～-75 m。根據(jù)S4 電性分布特征及地質(zhì)資料分析，其所在范圍應(yīng)為工作面下部砂巖和奧灰?guī)r溶裂隙發(fā)育充水引起的電性反映，應(yīng)注意異常范圍內(nèi)工作面底板與下部奧灰含水層之間的水力聯(lián)系。

S5 位于工作面南部，S4 以南，1031 巷0 號(hào)至4 號(hào)點(diǎn)之間，異常縱向延展距離較長(zhǎng)，上部接近斷面頂部，下部至斷面底部，垂向延伸范圍0～-75 m。S5 與S4 電性反映特征相似，其所在范圍應(yīng)為工作面下部砂巖和奧灰?guī)r溶裂隙發(fā)育充水引起的電性反映，應(yīng)注意異常范圍內(nèi)工作面底板與下部奧灰含水層之間的水力聯(lián)系。

3 工作面電法和瞬變電磁低阻異常對(duì)比分析

5-103 工作面綜合探測(cè)推斷成果如圖4 所示。從2 種方法探測(cè)成果圖中可以看出，礦井電法低阻異常D1 與瞬變電磁低阻異常S1 對(duì)應(yīng)一致；與D4、D10 對(duì)應(yīng)的瞬變電磁斷面上的相應(yīng)區(qū)域相對(duì)低阻特征明顯；D2、D3、D5 因在瞬變電磁測(cè)量頂部邊界附近及以上范圍，故無確切的瞬變電磁資料與之對(duì)比。

圖4 5- 103 工作面綜合探測(cè)推斷成果Fig.4 Results of integrated detection inference in No.5-103 face

4 結(jié) 語

對(duì)比1031 巷、1032 巷底板礦井電法和瞬變電磁測(cè)量的成果圖可以看出低阻異常反映特征基本對(duì)應(yīng)一致，可以認(rèn)為5-103 工作面礦井電法和瞬變電磁測(cè)量成果是可靠的，達(dá)到了方法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相互驗(yàn)證和增大探測(cè)范圍的目的，可以科學(xué)有效的幫助制定正確地防治水措施，確保工作面安全回采。