并行電法在工作面底板富水區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

張曉巖，路 鑫

（潞安化工集團(tuán)有限公司古城煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000）

并行電法是在高密度電阻率法勘探基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)[1-2]，它具有多次覆蓋疊加快速、同步數(shù)據(jù)采集的優(yōu)勢(shì)。 并行電法在探測(cè)工作面前方及頂?shù)装甯凰畢^(qū)和煤層厚度異常區(qū)域時(shí)，會(huì)與正常煤（巖）層存在明顯的電性差異，可以通過(guò)此原理對(duì)工作面前方富水性進(jìn)行分析。 并行電法數(shù)據(jù)采集方式分為兩種：AM 法和ABM 法[3-5]。利用并行電法儀采集的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行高密度電阻率法和高分辨的電阻率法解釋，也可以進(jìn)行二維和三維電阻率成像解釋。

本次電法探測(cè)儀器采用本安型防爆YBD11型礦用網(wǎng)絡(luò)并行電法儀對(duì)工作面進(jìn)行探測(cè)。

1 工程概況及探測(cè)任務(wù)

1.1 工作面概況

古城煤礦N1302 工作面走向長(zhǎng)1 950 m，傾斜長(zhǎng)330 m，開(kāi)采標(biāo)高為+392～+456.8 m。 工作面開(kāi)采煤層屬二疊系下統(tǒng)山西組下部的3#煤層，平均煤厚6.24 m。 該礦奧灰水位標(biāo)高為+625 m，屬于帶壓開(kāi)采。 工作面頂板主要充水水源是3#煤層頂板K8、K10砂巖裂隙含水層，為開(kāi)采時(shí)的主要威脅。煤層頂板距K8底板34.05～36.76 m，K8巖性以細(xì)粒砂巖為主，巖石破碎、裂隙發(fā)育；煤層頂板距K10底板92.3～103.91 m，K10巖性以中粒砂巖為主，裂隙發(fā)育。 預(yù)計(jì)回采時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶最大高度為58.91～60.99 m，一般可以溝通上覆K8砂巖以下各弱水含水層。 煤層底板至奧灰頂面隔水層厚度為141.52 m，主要有2 個(gè)含水層，奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶含水層組和石炭系太原組巖溶含水層組。 其中石炭系太原組巖溶含水層主要由K2、K3、K4、K5四層石灰?guī)r組成，平均厚度17.77 m，K7砂巖厚度5.36 m，根據(jù)鉆孔揭露情況，一般巖溶裂隙不發(fā)育，富水性較弱。

1.2 探測(cè)任務(wù)

為了確保N1302 工作面安全回采，對(duì)工作面底板富水情況進(jìn)行探查。 本次物探采用礦井并行電法開(kāi)展探測(cè)工作，探測(cè)的主要目的和地質(zhì)任務(wù)是探清N1302 工作面煤層底板下方100 m 范圍內(nèi)含水層富水情況，井下數(shù)據(jù)采用AM法。

2 數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)分別在N1302 工作面進(jìn)風(fēng)順槽和膠帶順槽進(jìn)行，依次在巷道底板布置電極和電法測(cè)線，測(cè)站布置如圖1 所示。 共布置6 站，進(jìn)風(fēng)順槽和膠帶順槽各布置3 站電法測(cè)線。 每站布置72 個(gè)電極，電極間距為11 m。 完成有效測(cè)線長(zhǎng)度為3 600 m（平距），控制工作面走向長(zhǎng)度1 800 m（平距）。

圖1 N1302 工作面底板并行電法探測(cè)布置

對(duì)每站采集數(shù)據(jù)分別用0.1 s、0.5 s 和1.0 s恒流供電方波采集數(shù)據(jù)一次，以校驗(yàn)電阻率數(shù)據(jù)采集的可靠性。

N1302 工作面進(jìn)風(fēng)順槽和膠帶順槽底板整體較為干燥，局部區(qū)域頂板有淋水現(xiàn)象（已核對(duì)，頂板淋水，當(dāng)時(shí)寫(xiě)錯(cuò)了）、現(xiàn)場(chǎng)存在鐵器堆砌，對(duì)采集信號(hào)產(chǎn)生一定影響，后期已進(jìn)行干擾矯正。

3 數(shù)據(jù)處理及成果分析

3.1 數(shù)據(jù)處理

采用雙巷三維全空間電阻率反演技術(shù)，以反映底板電性分布情況。

數(shù)據(jù)處理采用 “WBD2.0 電阻率數(shù)據(jù)解析系統(tǒng)”，后期分析出圖采用surfer8.0 軟件。

（1）測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)是指電極坐標(biāo)（X，Y，Z）。 本次處理時(shí)選取N1302 工作面切眼與N1302 工作面膠帶順槽交叉位置為坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0），沿N1302 工作面膠帶順槽指向大巷方向?yàn)閄軸正向，沿切眼指向進(jìn)風(fēng)順槽方向?yàn)閅軸正向。

（2）在預(yù)處理參數(shù)輸入后，采用均值法對(duì)電流值與電位值進(jìn)行處理。

（3）得到穩(wěn)定的電流值和點(diǎn)位置后，刪除不符合電場(chǎng)規(guī)律的異常值。

（4）進(jìn)入視電阻率模塊計(jì)算，進(jìn)行全空間電場(chǎng)3D反演，并用surfer8.0 后期處理出圖。

3.2 成果分析

對(duì)N1302 工作面兩巷采集的數(shù)據(jù)選取全空間層狀模型，得到N1302 工作面底板下10～100 m電阻率成像切片圖。

如圖2 所示，本次工作面底板探測(cè)結(jié)果切取了-10 m、-20 m、-40 m、-60 m、-80 m 和-100 m位置的水平切片，以電阻率小于40 Ω·m 劃定相對(duì)低阻區(qū)。 可以看出，N1302 工作面主要存在1 處相對(duì)低阻區(qū)，如圖2 中紅線圈定所示，定義為YC1。 相對(duì)低阻區(qū)情況如下：

圖2 N1302 工作面底板并行電法探測(cè)空間分布

YC1 相對(duì)低阻區(qū)分布在工作面底板下方區(qū)域，靠近膠帶順槽，位于坐標(biāo)系X=1 125～1 500 m，Y=0～40 m 之間，發(fā)育高度為底板下方10～60 m，分析為煤層下方含水層局部富水影響，或巖性發(fā)生較大變化所致，與下部奧灰水聯(lián)系較弱。

4 結(jié)論

1）N1302 工作面底板并行電法探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)共布置電法測(cè)線6 站，控制工作面走向長(zhǎng)度1 800 m，工作面底板下方100 m 范圍，完成了對(duì)工作面的完整探測(cè)。

2）N1302 工作面底板并行電法探測(cè)得相對(duì)低阻區(qū)存在1 處，定義為YC1。 低阻區(qū)分布在工作面底板下方10～60 m 范圍，分析為煤層下部含水層弱富水或巖性發(fā)生較大變化所致，與下部奧灰水聯(lián)系較弱。

3）底板方向的相對(duì)低阻區(qū)分布在N1302 工作面下方10～60 m 范圍，主要含水層為K5～K7砂巖。 資料顯示，K5～K7砂巖含水層為弱富水性，且對(duì)工作面不帶壓開(kāi)采，因此低阻區(qū)對(duì)工作面回采幾乎無(wú)影響，但在工作面回采至該片區(qū)域時(shí)，仍應(yīng)注意水文地質(zhì)觀測(cè)工作。