井下高分辨电测深技术在黄玉川矿防治水的应用

田永华

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西省西安市，710077）

★ 煤炭科技·地质与勘探★

井下高分辨电测深技术在黄玉川矿防治水的应用

田永华

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西省西安市，710077）

应用高分辨电测深技术对黄玉川矿216上01工作面底板隔水层的完整情况进行探测，圈定底板隔水层裂隙发育带和富含水异常区，为工作面防治水工程的实施提供参考资料。

奥灰水 高分辨电测深技术 物探 黄玉川矿

1　概况

1.1井田地质构造

黄玉川井田位于准格尔煤田南部详查区的深部区，井田构造与南部详查区基本一致，为倾角小于15°的单斜构造，地层走向为北北东向，倾向为北西西向。在单斜背景上，局部地区有宽缓的波状起伏。西南部地层呈弧形弯曲，地层走向为北东向，倾向为北西向。井田内地层产状平缓，倾角一般为3°～5°，断裂不发育，无火成岩影响。褶皱主要为田家石畔挠曲，从井田的西南部向北37°～49°东延伸，在216号钻孔处挠曲方向发生转折，方向转为近正北方向，在2#勘查线以北27°东方向穿越井田。由主要可采煤层6#煤层底板等高线及资源储量图可知，等高线变化在400～960 m之间，东部高西部低。根据已完成三维地震勘探、电法勘探和井巷实际揭露，本井田断层比较发育，地质构造属中等到复杂类型。

1.2水文地质概况

黄玉川井田内奥灰水位在+872.5～+882.525 m，6上煤层一、二盘区突水系数全部在临界值0.06 MPa/m以下，基本不受奥灰层压水的威胁，三盘区在突水系数临界值0.06 MPa/m以上部分，受奥灰水的威胁较大。

216上01工作面北邻二水平东翼大巷，西邻216上02工作面（未掘），南至DF5断层，东至井田边界。该工作面北部巷道的标高较低，大部分都低于奥灰水位线，受地质构造的影响，煤层顶底板较为破碎，裂隙较为发育。井巷工程穿过DF23和DF6断层时均出现滴淋水现象。在216上01工作面系统形成后，对216上01工作面带压开采区段进行了井下音频电透视探测，探测了底板下80 m、120 m层段附近岩层赋水性异常的分布情况，确定了底板相对富水部位。由于本区奥灰顶界面距6上煤层底板的平均距离约为60 m，虽然6上煤层底板有稳定的隔水层，但由于断层等地质构造的存在极有可能破坏隔水层的完整性，存在底板灰岩水从隔水层相对薄弱区段突入工作面的可能性。

矿方在该工作面设计回撤联巷部位进行底板超前探水时，补1、补2、补4号钻孔在工作面底板下30 m左右钻孔出水，水源为奥灰水，并且底板灰岩水已分别导升到煤层底板下16.5 m、24.5 m和27.5 m附近，加之该部位位于奥灰水位线以下，工作面回采时存在奥灰水突入工作面的可能。

鉴于以上情况，该矿决定应用井下高分辨电测深技术对216上01工作面进行补充井下电法勘探，探测216上01工作面隔水层的完整情况，圈定裂隙发育带和含富水异常区，为工作面防治水工作提供参考资料。

2　矿井物探工作

2.1井下高分辨电测深技术原理

井下电测深技术主要用于探测煤层顶底板内潜在的含富水构造，一般采用三极装置（AMN∞）进行井下全空间电法探测。

井下电测深技术是研究深度方向地层电性变化规律、从而获得深度方向地层各种地电信息的一种物探方法。在同一点逐次增大供电电极距，使勘探深度由小逐渐变大，于是可以观测到测点处沿深度方向由浅到深地层的电性变化情况，主要用于研究电性分层和水文地质问题。

井下三极电测深装置形式及数据采集方式如图1所示。

图1　井下电测深装置形式

三极探测法把供电电极B放置到无穷远处（BO间距为AO间距的5倍以上），使供电电极A呈点电源模式，固定测量电极M、N（记录点在MN的中点O处），移动供电电极A，随着AO距离的增大，探测到的深度也在加大，于是也可探测到测点上方一定深度范围内地层的电性变化情况。

三极探测法视电阻率的计算公式为:

ΔU——M、N间电位差；

I——电流强度。

在实际测量中，装置系数K可由仪器输入的电极距AB/2和MN/2来得到，电位差ΔU和电流强度I可以通过仪器测量出来，通过视电阻率计算公式可得到某个深度段上的视电阻率值。

2.2测点布置

高分辨直流电法勘探在216上01工作面的运输巷道和回风巷道内布置，探测区段从二水平东翼回风大巷往工作面切眼方向720 m，测点间距10 m，运输巷道和回风巷道各布置测点72个。

3　资料处理与探测结果

3.1井下高分辨直流电法资料处理步骤

井下高分辨直流测深技术的关键在于井下收集的第一手资料的准确性和时效性，它是通过视电阻率来反映岩石特性变化，之后运用专用软件对收集的数据进行处理，其详细的步骤如下:

（1）数据整理。对所测视电阻值进行全空间校正，同时形成视电阻率曲线图、视电阻率等值线剖面图。

（2）提取视电阻率中的含水信息。解释含水层及导水通道机理，并分析总结构造异常体的含水、导水规律。

（3）提取视电阻率中的岩石电性分层信息。主要是为了研究分析采面的顶底板隔水层厚度以及含水层原始导升高度。

3.2探测结果分析

（1）216上01工作面运输巷道高分辨电测深视电阻率等值线断面图见图2，此图可直观地反映测区内各测线下方岩层横向、纵向视电阻率的变化情况。图中视电阻率（单位:Ω·m）等值线值可反映测线下方岩层视电阻率的高低变化情况。

图2　运输巷道高分辨电测深视电阻率等值线断面图

从图2中可以看出，在巷道底板下10～40 m附近视电阻率值相对较高，该层位对应6上煤层底板至9#煤层底板隔水层位置，在该层位的0～6、16～20、40～50、68～72号测点附近底板隔水岩层相对薄弱；底板下50～80 m对应于粗砂岩含水层、泥岩及奥陶系灰岩顶部位置，在该层段0～10、16～24、30～34、38～46、52～58、66～72号测点视电阻率值相对较低，疑似砂岩及奥陶系灰岩顶部岩层相对富水。

（2）216上01工作面回风巷道高分辨电测深视电阻率等值线断面图见图3，从图中可以看出，在巷道底板下10～40 m附近视电阻率值相对较高，该层位仅在0～18、60～72号测点附近底板隔水岩层相对薄弱；巷道底板下50～80 m层段，粗砂岩含水层、泥岩及奥陶系灰岩顶部位置0～10、14～22、30～36、50～58、62～72号测点附近存在砂岩及奥陶系灰岩相对富水区。

图3　回风巷道高分辨电测深视电阻率等值线断面图

3.3异常性质分析

本次井下电法补充勘探采用了高分辨电法新技术，经后期处理、解释、分析得到如下几点探测结论:

（1）在回风巷道0～80 m、140～200 m附近存在较为明显的异常区，且位于设计主回撤通道靠近回风巷道一侧钻孔在底板下30～70 m附近出水量较大，推断该处异常区附近底板隔水岩层相对薄弱且局部相对富水，推断在工作面底板下70～100 m附近岩层（奥灰顶界面附近）相对富水。

（2）回风巷道开口向工作面内620～720 m附近以及运输巷道开口向工作面内520～580 m附近存在较为明显的异常区，推断该区段底板隔水层局部相对薄弱，底板下70～100 m附近岩层相对富水。

（3）通过观测主回撤通道附近异常区特征并结合已知钻探验证资料分析，在回风巷道0～100 m、140～220 m、300～360 m、运输巷道0～100 m、 160～240 m、300～340 m存在与之较为相似的异常区段，推断上述异常区段局部相对富水。

4　结论与建议

高分辨电法测深方法技术成熟、数据采集系统自动化、资料处理软件也较完善，是煤矿井下防治水工作十分有效的物探方法技术。应用高分辨电测深技术对黄玉川矿216上01工作面底板隔水层的完整情况进行探测，圈定底板隔水层裂隙发育带和富含水异常区，为工作面防治水工程的实施提供参考资料。

值得注意的是物探具有多解性，以上探测成果是在采掘前相对静态、平衡条件下得到的，在工作面回采时，由于地应力失去平衡后，不导水裂隙也会变为导水裂隙，毕竟存在裂隙发育带的坚硬岩层是相对薄弱地带。低阻异常区域是客观存在的，其能否通过裂隙、构造导水并发生突出受诸多因素的影响和控制，底板水的导通和突出亦是如此。

建议在工作面回采前打钻补勘，参考文献：

进一步查明异常的性质，回采过程中注意工作面水情监测和水文长观孔的水位变化观测，并及时进行分析，采取切实可行措施，确保生产安全。

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（责任编辑 郭东芝）

The application of high resolution electrical sounding technology in water prevention and control in Huangyuchuan Mine

Tian Yonghua
（Xi'an Research Institute of China Coal Technology&Engineering Group Co.，Ltd.，Xi'an，Shaanxi 710077，China）

The high resolution electrical sounding technology was applied to detect the full conditions of aquiclude in upper 216-01 working face floor of Huangyuchuan Mine，and the abnormal zones of fracture development and rich water-bearing in aquiclude were confirmed，which provided reference data to the implementation of water prevention and control engineering.

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★ 煤炭科技·开拓与开采★

P631.3

A

田永华（1979- ），男，汉族，辽宁建平人，工程师，现供职于中煤科工集团西安研究院有限公司，主要从事地球物理勘探仪器和矿井自动化工作。