下组煤底板导水裂隙带综合物探技术研究

宋丽超，周 鹏，王文军

(山西霍州煤电集团 技术研究院，山西 霍州 041000)



下组煤底板导水裂隙带综合物探技术研究

宋丽超，周 鹏，王文军

(山西霍州煤电集团 技术研究院，山西 霍州 041000)

团柏矿水文地质条件复杂，开采的11#煤层带压程度高，距离奥灰含水层较近。为探明11-101工作面内部构造发育情况、底板下奥灰含水层的富水性，采用无线电透视法、音频电透视法、直流电四极测深法等对工作面底板下40 m内奥灰层的富水性进行探查，综合分析物探成果可以看出，Y1、Y4、Y5异常区奥灰层富水性较强。该综合物探手段为工作面后续钻探提供精确耙区，为矿井防治水提供精确的地质资料。

导水裂隙带；无线电透视法；音频电透视法；直流电四极测深法

霍州煤电集团团柏矿11#煤层上覆有石炭系太原组K2、K3和K4灰岩含水层，下伏有中奥陶统高承压岩溶裂隙含水层。上部10#煤已采，顶板灰岩水已经大量疏放，但井田内陷落柱和断层等构造比较发育，底板奥陶系石灰岩含水层承压水位又高于煤层底板标高，再加上底板隔水层较薄，奥灰水有可能通过这些地质异常体和封堵不良钻孔突入矿井。因此，对11#煤底板导水裂隙带进行有效探查，为钻探提供真实准确的耙区至关重要。

本项目采用无线电坑透确定构造异常区，使用音频电透视和直流电四极测深综合物探手段精确探查工作面及巷道底板下40 m内奥灰层的富水性，确定相对贫富水区，为矿井防治水提供精确的物探资料。

1 工作面水文地质概况

团柏矿11-101工作面上部为10-111采空区，该范围内10#煤距11#煤层间距6～7 m，工作面底板标高+418～+432 m，此区域奥灰水静水位标高为+483 m，属带压开采区域。该工作面水文地质条件复杂，主要充水水源为上部10-111工作面采空区积水和底板奥灰峰峰组含水层裂隙水，经过长时间地疏放，上部采空区积水已大面积疏放完。奥陶系灰岩位于11#煤底板下29.5～33 m处，厚度22.40～53.95 m，平均厚度38.63 m，一般发育2～4层溶隙层，是开采11#煤的主要威胁含水层。由于采区断层和陷落柱比较发育，而且部分地段的隔水层厚度较为薄弱，可能会存在底板渗水现象。因此，需要准确探查工作面底板下奥灰岩层的富水情况，为防治水提供更加精确的钻探耙区。

2 综合物探手段的应用

为查明工作面内部是否存在隐伏构造及导水通道，查明煤层底板下奥灰含水层富水性及裂隙发育情况，用无线电坑透法对回采面内部隐伏构造进行探查，用音频电法对回采面内部底板下奥灰含水层富水性及裂隙发育情况进行探查，用直流电四极测深对巷道底板下奥灰含水层富水性及裂隙发育情况进行探查。

2.1 无线电波坑透探测

团柏矿11-101工作面宽84 m，煤质较好，无夹矸。探测采用WKT-E型无线电磁波，接收机数据平均数值在60 DB. 通过回采面探测共发现一处衰减较大的区域，该区域位于停采线附近，结合上部10煤揭露情况，分析该范围异常受10#煤采空区积水影响，不存在大的地质构造,见图1.

图1 团柏矿11-101工作面无线电坑透成果图

2.2 音频电透视法探测

本次探测在11-1012巷布置发射点，11-1011巷对应接收点，发射点间距为50 m，接收点间距为10 m,对应巷道的一定区段进行扇形扫描接收。

从音频电透视层析成像图上看出，11-101工作面内部范围内地层的综合视电导率值一般为4～21 s，平均值为12.5 s. 其中，有3处明显的异常区。

E1异常区位于11-1012巷1#～7#测点间(即C#导线点前18 m到6#点前18 m)，向工作面内延伸84 m左右，底板下30 m范围内，分析该范围内底板奥灰相对富水，该异常区处于向斜轴部，可能受上部采空区积水补给，富水性较强。E2异常区位于11-1012巷33#～41#测点间(即12#导线点前16 m到12#点前96 m)，向工作面内延伸84 m左右，底板下30 m范围内，分析该范围内底板奥灰相对富水。E3异常区位于11-1012巷72#～75#测点间(即18#导线点前97 m到20#点前8 m)，向工作面内延伸60 m左右，底板下30 m范围内，分析该范围内底板奥灰相对富水，也可能受现场底板积水影响所致，见图2.

图2 团柏矿11-101工作面音频电透视成果图

2.3 直流电四极测深探测

11-101工作面底板探测时，11-1011巷从切眼(位置标记0点)开始，由里往外完成27站、378个物理点，测线长度770 m. 11-1012巷从切眼(位置标记0点)开始，由里往外完成27站、378个物理点，测线长度770 m，测线总长度1 540 m.

将11-1011巷低阻异常区标记为A，11-1012巷低阻异常区标记为B，由图3可以看出，两条巷道所得到的低阻区范围基本一致，因此将A、B异常区合并圈定分析。由11-101工作面直流电法勘探低阻异常区平面图(图4)看出：图中点状和斜线阴影区域分别显示的是煤层底板下方15 m(上部)和40 m(深部)处岩层低阻区的平面分布状况，探测范围内共有5个底板岩层低阻异常区，由里往外依次标记为Y1、Y2、Y3、Y4和Y5，分布于工作面里、中、外段。

其中，Y1、Y2和Y33个低阻异常区均范围较小，结合对应视电阻率断面图分析，低阻区系深部奥灰含水反映、导高较小。Y4和Y5两个低阻异常区均范围较大、贯穿工作面，由对应视电阻率断面图看出，低阻区内部分区域浅、深部沟通(平面图中15 m和40 m两个切片多处重叠)，主要系奥灰含水且导高较大的反映。

综合分析音频电、直流电四极测深结果可以看出：音频电E3异常区与直流电Y1异常区范围一致，音频电E2异常区与直流电Y4一致，音频电E3异常区与直流电Y5一致(图5).综合分析两种物探成果可以看出，Y1、Y4、Y5异常区奥灰层富水性较强。

3 实际钻探揭露情况

该矿在11-1012巷34.7#回采点施工一个取芯孔，根据岩心鉴定及测斜推算出工作面底板至奥灰顶界面平均间距为29.5 m. 后期重点对直流电、音频电重叠异常区进行了钻探验证、注浆作业。对直流电的Y5异常区在11-1011巷13.5#回采点底板进行钻探，孔底涌水量3 m3/h；对直流电Y2和音频电E3重叠异常区在11-1012巷74.8#回采点底板进行钻探，孔底涌水量20 m3/h；对直流电Y4和音频电E2重叠异常区施工了4个钻孔，分别是：11-1012巷32#回采点(孔底涌水量8 m3/h)，11-1012巷33#回采点(孔底涌水量15 m3/h)，11-1012巷34.7#回采点(孔底涌水量15 m3/h)，11-1012巷39#回采点(孔底涌水量4.5 m3/h)，11-1012巷74.8#回采点(孔底涌水量20 m3/h). 具体钻探情况见表1.

图3 团柏矿11-101工作面直流电四极测深成果图

图4 团柏11-101工作面直流电法勘探低阻异常区平面图

图5 团柏11-101工作面综合物探异常区图

表1 11-101工作面钻探情况表

通过对物探异常区尤其是直流电、音频电重叠异常区实际钻探，可以看出采用多种物探手段综合探测(无线电坑透、直流电测深和音频电透视)的方法可以有效地探查煤层底板裂隙带的富水情况，防止煤层底板突水。

4 结 语

采用综合物探技术探查工作面内部及底板下岩层裂隙发育情况，发挥各个物探手段的优势，综合分析可以有效地提高探测精度。运用无线电坑透确定构造异常区，使用音频电透视和直流电四极测深综合物探手段精确探查工作面及巷道底板下40 m内岩层裂隙的富水性。综合使用各种物探手段可以较准确地查明各种隐伏构造、含水层的富水区，为矿井防治水提供详实的物探资料，是一种行之有效的方法。

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Study on Comprehensive Geophysical Prospecting Technology for Water Guiding Fracture Zone on Lower Coal Group Floor

SONG Lichao, ZHOU Peng, WANG Wenjun

The hydrological and geological conditions in Tuanbai coal mine are very complex with the No.11 coal seam which is close to the ordovician bearing higher aquifer pressure. A group of prospecting methods are introduced to find out the internal tectonic development inside coal seam of 11-101 working face, the water-richness of the aquifer which is 40 m under the floor , these instruments including radio perspective method, audio electro-perspective method, direct current quadrupole method. Comprehensive analysis of the geophysical prospecting show that some zones are unnormally rich in water content, they are the Y1, Y4, and Y5. The integrated application of the geophysical prospecting is helpful for the targeted drilling in next working stage, and provide accurate geological data for mining and water management.

Water-flowing fractured zone; Radio perspective method; Audio electrc perspective method; Direct Current quadrupole method

2017-01-28

宋丽超(1986—)，男，山西孝义人，2013年毕业于山西大学，助理工程师，主要从事井下地球物理勘探工作

(E-mail)541645716@qq.com

TD163

B

1672-0652(2017)04-0041-04