音频电透视法在矿井工作面顶板水探测中的应用

王 伟

(潞安环能股份公司 王庄煤矿，山西 长治 046031)

在我国煤矿发生的生产事故中，水害事故是仅次于瓦斯事故的重特大灾害事故[1]。煤矿防治水工作是减少矿井水害事故发生，尤其是减少重大事故发生的基础和保障，而做好煤矿防治水工作的首要任务是必须对矿井的水文地质条件勘探查明，对工作面存在的隐伏地质、煤层顶底板含水层及异常等进行成功预报，以便采取相应的防治措施，确保矿井安全生产[2-4]。在现有煤矿水文地质物探手段中，音频电透视法因其效率高、解译方便、探测效果好等优势，已经成为探测煤层顶板水特性的一种有效的物探方法[3-5]。

随着王庄井田开采范围不断延伸，采区工作面布置逐渐进入承压开采区域，地表和地下水文地质条件日趋复杂，从而造成采掘工作面水害威胁日趋严重。7102工作面处于王庄井田71采区，地处奥灰水承压区域，工作面主要充水水源为煤层顶板砂岩裂隙含水层以及K8、K10砂岩含水层中的水，除此之外，工作面对应地表水体与第四系及基岩风化带含水层水体联系较强。为了保证工作面的安全回采，必须对工作面煤层顶板岩层含水特征进行探测，并采区有效的防治水害措施。本文采用音频电透视法对7102工作面煤层顶板0～50 m、50～110 m的含水层及其含水性异常分布、含水性的强弱等情况进行了探测，以此指导安全生产工作。

1 音频电透视法技术原理

音频电透视法是基于不同岩性之间存在的电性差异，对地质异常进行探测和解译的有效物探手段。相对于岩层，含水构造可以看做为一种局部地质体，水所表现的电性为低阻高导介质，煤层顶板含水层表现出低阻特性，与周边围岩相比，含水构造又存在高导电率，并且涌水量大小与导电率的变化幅度呈正比。电流通过含水构造和岩层，会发生不同程度的电流场变化，通过分析电流场的分布规律差异，便可以判断和解译含水构造的存在以及形态规模。

由音频电透视法的原理模拟得出，煤层顶板存在含水构造与不含水体岩层，两种条件下电位测量曲线的比较示意，见图1[2]。

图1 工作面顶板低阻异常体探测曲线比较示意

2 测点布置及技术措施

本次音频电透视探测网密度为：接收点距10～20 m、供电点距50 m，针对每个供电点，在回采工作面另一巷道与之对称点附近一定区段进行扇形扫描接收。现场探测时在7102工作面运输巷布置发射点21个、回风巷布置发射点15个，共计36个发射点。每个发射点一般对应10～20个接收点。为了探测工作面顶板上不同高度层段的水文异常体情况，矿井音频电透视施工时采用F=15 Hz、120 Hz两个频点依次测试。

为了能够获取准确的探测结果，考虑到工作面实际情况，采取相应的技术措施：①工作面两巷道内局部区域存在淋水现象，巷道低洼处积水较严重，对探测信号接收造成干扰，因此供电点位置避开水体，底鼓地段应将供电电极往侧帮上方移动；②在工作面边界位置存在空巷，也会形成信号干扰，则在该区域增加接收信号采集次数；③工作面两巷道帮有锚网，探测过程中特别注意保证电极不与金属网接触。

3 数据处理和解译

3.1 数据处理原则

3.2 成果分析

将物探成果和已知的地质资料相结合；按从已知到未知，从点到线，由线到面，由浅入深的原则进行综合分析得出：

1) 7102工作面顶板上0～50 m高度层段内岩层的视电导率值在0～135 S/m间变化，平均值为12 S/m、标准偏差为10 S/m，其中有三个视电导率值≥22 S/m的异常条带，自西向东，编号为：“一号低阻异常区”，异常连续性较好，异常核心位于工作面中部； “二号低阻异常区”， 异常不连续；“三号低阻异常区”，异常连续性较好，异常核心位于回风巷附近，见图2。

2) 7102工作面顶板上50～110 m高度层段内岩层的视电导率值在0～24 S/m间变化，平均值为4 S/m、标准偏差为3 S/m，其中有二个视电导率值≥7 S/m的异常条带，自西向东，编号为：“一号低阻异常区”，异常连续性较好，异常核心位于回风巷附近；“二号低阻异常区”，异常连续性较好，异常核心位于回风巷附近，见图3。

图2 王庄煤矿7102工作面顶板上0～50 m层段岩层含水性音频电透视成果

图3 王庄煤矿7102工作面顶板上50～110 m层段岩层含水性音频电透视成果

4 结 语

1) 由音频电透视探测成果显示，7102工作面的低阻异常大多发育相对明显，建议低阻异常区做为采前防治水工作的重点区域。

2) 开采过程中注意工作面水情监测、水文长观孔的水位变化观测，发现异常情况时要及时进行分析、汇报。

上述结论是根据物探资料的实际反映并结合有关水文地质资料分析而来，由于井下物探勘探高度(或深度)的限制，成果资料反映的水文地质信息仅局限于一定高度(或深度)范围内地层的水文资料。而矿井涌水的变化不仅受物探涉及区域地层的水文地质条件，还与测区外(上方)的含水构造的发育、连通情况、补给源、水头压力及煤层厚度、采煤方法、回采速度等诸多因素相关。