直流电法探测技术在彬长矿区防治水中的应用

余智秘

(陕西彬长胡家河矿业有限公司，陕西 咸阳 712000)

0 引言

防治水工作一直是煤矿安全生产的基础，在矿井开采过程中，查明工作面顶板富水异常区位置是煤矿安全生产必须解决的问题之一。在一些煤层厚度大的矿井，随着回采导水裂隙带的发育，受水害的威胁随之增大；采用传统钻探方法效率低，成本高，且无法满足防治水工作需要。利用物探方法对煤矿水文地质条件进行探测具有投入少，效率高，效果显著等特点。因此，采用直流电法等物探方法提前做好矿井水体的探测，以期为矿井防治水提供有效的技术支持，为煤矿的安全生产保驾护航。

1 方法原理及装置形式

1.1 方法原理

井下直流电测深法属全空间电法勘探，以岩石的电性差异为基础，在全空间条件下建场，使用全空间电场理论，处理和解释有关矿井水文地质问题。测深法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质信息的一种物探方法；是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特征。

1.2 装置形式

采用三极固定MN装置，无穷远极的布设沿着巷道布设，且无穷远极OB的距离大于3倍的最大供电电极距OA，如图1所示。

图1 三极测深工作原理示意图

2 数据采集与分析

2.1 数据采集

仪器选择：采用国产YD32(A)本安型矿用高分辨率电法仪，如图2所示。该仪器可现场显示测量曲线、实时处理；实现了计算机智能控制，界面美观，自动化程度高。

图2 YD32(A)本安型高分辨率电法仪

参数选择：供电极距OA采用算术极距，极间距为10 m，最小OA为25 m，根据探测深度确定最大OA，一般选用OA为225 m，无穷远极OB不小于700 m。接收极距MN/2采用固定形式，分别为5 m和15 m，两接口处取视电阻率平均值。

2.2 资料处理与解释

资料处理：资料处理的过程中，在详细分析原始资料特点的基础上，本着“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原则对原始资料进行精细处理。施工采集的数据都自动保存在仪器中，将USB通信线连接在仪器面板上的充电/通信口，插入U盘拷贝数据文件到计算机后通过“YD32(A)高分辨电法仪资料处理软件系统”进行数据处理，将井下接收的数据转化成视电阻率值，绘制视电阻率等值线断面图。将所测得各条剖面的视电阻率值按线号、点号一一对应，组成工作面视电阻率数据，利用专业软件进行水平切片处理，切取煤层顶板各层位视电阻率值，最后绘制视电阻率等值线平面图。

3 综合应用

3.1 地质背景

煤层：目的层为4#煤层，赋存稳定，厚度为11～28 m，平均厚度22 m，上分层平均可采厚度14.1 m。煤层底板埋深570～670 m，距二总回约1 150 m处埋深最浅，从此处向南北两侧逐渐增大。煤层底板标高+310～+380 m，总体趋势从工作面中部向南北两侧逐步升高，其中在A5向斜轴部附近为最低，最高处为切眼附近。4#煤层为稳定煤层，其顶板岩性以灰～深灰色砂质泥岩、粉砂岩为主，底板则以黑灰色泥岩、铝土质泥岩为主。

水文特点：①洛河组中粗粒碎屑岩含水岩组—岩性以紫红～暗紫红色中、粗粒砂岩为主，全区分布，伏于环河华池组相对隔水岩组之下，一般厚200～300 m，由东南向西北变厚。据抽水试验，该层单位涌水量0.057 3～0.176 8/0.290 9 L/s·m，渗透系数0.022 5～0.436 5/0.099 5 m/d，属微咸水且具较强承压性；②安定、直罗组非煤系含水岩组—岩性为砂砾岩、中粗粒砂岩与粉细粒砂岩及泥岩、砂质泥岩。前者为较弱含水层，后者为相对隔水层。安定组中部及底部、直罗组底部为较弱含水层，据抽水试验成果，该层单位涌水量0.000 05～0.002 6 L/s·m，渗透系数0.000 35～0.016 46 m/d，富水性微弱。安定组上部及中部、直罗组上部为隔水层，本井田厚度在40～60 m左右；③延安组含煤地层承压含水岩组—本组地层存在两个含水层段，即4#煤层及其上部的中粗粒砂岩、砂砾岩含水层段。厚度40～80 m左右。据以往抽水试验，该层单位涌水量0.000 046～0.000 74 L/(s·m)；该层渗透系数为0.000 38～0.001 27 m/d，富水性微弱，但具有较强的承压性，补给源较远，补给水头亦高，其隔水层由4#煤层顶、底板粉、细粒砂岩、泥岩、砂质泥岩组成。

构造特点：研究区内地层整体向北西及北北东方向倾斜，发育A5向斜、A4背斜构造。区内发育断层4条，编号分别为DF14、F10、F7、CF1，如图3所示。

图3 构造纲要图

3.2 综合应用

断面图分析：从运输巷等视电阻率断面图上可以看出，运输巷视电阻率等值线整体呈层状分布，局部区域呈低阻隆起，如图4所示。运输巷存在3处视电阻率低阻异常，依次编号为A、B和C号异常。其中A号异常较为宽缓，幅值较强，距切眼1 400～1 700 m，位于A4背斜北翼，分析此异常为A4背斜附近砂岩局部裂隙含水所致。B号异常较为尖锐，幅值较强，距切眼900～1 160 m，异常内发育A5向斜和F10断层，分析此异常为构造破碎带含水所致。C号异常位于距切眼100～260 m，范围较小，幅值相对较弱，分析为顶板砂岩含水所致。

图4 运输巷等视电阻率断面图

立体图分析：通过井下直流电法勘探，圈定了4#煤顶板上160 m范围内各岩层的富水异常区范围，主要有3个异常区，如图5所示。①A号富水异常区为A4背斜造成的局部裂隙较为发育及延安组上段、直罗组砂岩层局部富水所致，该异常在4#煤层顶板上30～110 m范围内均有不同程度的发育，4#煤层顶板上110～160 m延伸，异常逐渐消失，推测此异常延伸至4#煤层顶板160 m上部含水层的可能性较小；②B号富水异常区为F10断层的构造破碎带含水、A5向斜造成的裂隙较为发育、安定组相对隔水层较为薄弱所致，该异常在4#煤层顶板上30～160 m范围内，均出现不同规模的异常区，推测此异常中心延伸至4#煤层顶板160 m上部含水层的可能性较大；③C号富水异常区为4#煤顶板裂隙较为发育、延安组上段砂岩含水、安定组相对隔水层较为薄弱所致，该异常在4#煤层顶板上30～160 m范围内，均出现不同规模的异常区，推测此异常中心延伸至4#煤层顶板160 m上部含水层的可能性较大。

综合分析：综上所述，在距切眼900～1 060 m之间，4#煤顶板上160 m范围内各层均存在低阻异常区，且其异常幅值较强，异常内发育A5向斜和F10断层，裂隙较为发育，分析上、下联通的可能性较大；距切眼0～260 m之间，4#煤顶板上160 m范围内各层均存在低阻异常区，且其异常幅值较强，推断该范围内裂隙较为发育，分析上、下联通的可能性较大。从等视电阻率断面图可以看出，187号钻孔处视电阻率值相对较低。从4#煤顶板上各岩层富水异常立体图中可以看出，在距顶板上30～110 m之间，该钻孔附近均存在富水异常区，分析187钻孔导水的可能性较大。

验证情况：在B号异常处进行了钻孔验证，出水量较大，且在后期回采揭露，回采至B号异常附近，工作面涌水量明显增大，由此可见物探解释成果与实际揭露情况基本相符，成果可靠。

图5 4#煤顶板上各岩层富水异常立体图

4 结语

采用直流电法勘探，结合已知钻孔、水文地质、槽波资料及相邻工作面进行综合分析，解释了工作面顶板砂岩水的赋存位置、评价了工作面内部隐伏导水通道上下联通情况以及工作面内部钻孔导水性等。通过钻探及后期回采揭露资料，成果可靠，效果显著。实践表明，直流电法勘探是煤矿井下水文探测较为理想且行之有效的物探方法之一，可为煤矿井下防治水提供有效的技术支持。