全流程综合物探技术在煤层底板富水性探测中的应用

张 帅 高 俊 侯群磊

（河南能源化工集团永煤公司永安公司，河南 永城 476600）

河南能源化工集团永煤公司作为全国重要的无烟煤基地之一，矿区煤层浅埋区经多年开采，资源逐渐枯竭，开采已逐步向深部延伸，出现煤层底板下太原组灰岩含水层水压增大现象，致使突水几率大大增高。在煤层回采前，需对含水层上开采煤层的安全可靠性进行评价，煤层底板富水性探测技术研究成为关键[1-5]。

1 技术路线

因永煤矿区地层沉积序列清晰，地层相对稳定，正常地层组合条件下，地层在横向和纵向上都有固定变化规律的地层电性特点。矿井瞬变电磁能研究煤层底板平面上的低阻含水体分布特征，矿井直流电法可以揭露垂直于地层方向上不同深度的含水体问题。基于井下瞬变电磁勘探的特性，受发射电流关断时间的影响，早期测量信号畸变，无法准确探测浅层的地质异常体，一般认为存在约15～20 m 的浅部探测盲区，因此其探测范围内两顺槽存在盲区。运用高密度电法对两顺槽煤巷底板勘探，再进行综合分析，有效消除勘探盲区，达到精准探查目的，技术路线如图1。

图1 综合探测技术路线图

2 工程实例

2509 工作面为永煤公司陈四楼煤矿25 采区一个回采工作面，水文地质条件复杂，开采对象为山西组中下部二2#煤，煤层厚度1.9～3.1 m，平均2.5 m。为保障工作面的安全回采，采用瞬变电磁与高密度电法二者相结合的综合勘探方法对煤层底板下太原组灰岩含水层富水性进行预测。

2.1 初探工程

2.1.1 瞬变电磁探测

瞬变电磁勘探工程使用加拿大GEONICS 公司生产的PROTEM-CM 型瞬变电磁仪，施工前将巷道探测区域内动力电缆、大型机电设备停电，施工时采用1 m×1 m 的多匝数矩形重叠回线装置进行测量。因同点共圈式装置发射线圈与接收线圈互感严重、盲区较大，对浅层地质信息丢失较多，故施工时采用移动源共面偶极式装置对工作面底板进行探查。探测时发射线圈与接收线圈一前一后（间距10 m）同时以相同探测倾角（线圈法线角度与水平角之间夹角）布置于相邻两测点，二者框面平行，之后再移动至下一测点重复观测直至测线结束，以尽可能完整地得出勘探区内煤层底板一定范围内的多个维度的富水性信息。采集到的原始数据，经过专业软件反演，得到底板岩层视电阻率剖面图如图2。

图2 2509 工作面下顺槽瞬变电磁探测视电阻率值剖面图

根据瞬变电磁勘探视电阻率剖面图，结合实际地质资料和巷道探测环境，确定陈四楼煤矿2509工作面下顺槽向工作面内底板探测视电阻率剖面图中数值低于3 的为相对富水区。由图2 可知，自探测开始位置起10～40 m、70～130 m、145～170 m 处视电阻率值出现明显低阻，疑为底板灰岩承压水沿裂隙或断裂带导高抬升，故将其作为富水异常区域圈定处理。

2.1.2 高密度电法探测

根据探测目的，探测时采用温纳（对称四极）法探测。在2509工作面下顺槽布置高密度电法测线，从外向里共一次布置6 条测线，48 个电极，滚动测量一次，最终得到高密度电法勘探底板灰岩视电阻率图如图3。

图3 2509 工作面下顺槽高密度电法物探成果图

由成果图可知，自探测开始位置起100～160 m、640～680 m 处视电阻率值出现明显低阻且从深部至浅部发育较完整，疑为底板灰岩承压水沿裂隙或断裂带导高抬升，故将其作为两处富水异常区域圈定处理。

2.1.3 物探异常区域钻探验证成果分析

依据瞬变电磁法和高密度电法视电阻率成果图，结合2509 工作面水文地质资料和巷道探测环境，圈定出探测范围内的底板灰岩富水异常区域，如图4。

图4 2509 工作面下顺槽底板灰岩富水异常区域平面图

经过钻探验证，物探异常区域内钻孔出水情况如下：探测区域底板改造钻孔出水量>30 m3/h 的钻孔共计12 个，终孔落点在瞬变电磁法物探异常区内的6 个，终孔落点在高密度电法物探异常区内的2 个，探测准确率达到66.7%。

2.2 复探验证

为验证底板注浆改造效果，彻底消除富水异常区，在探测区域进行底板改造后，重新进行一次瞬变电磁复探，其成果作为底板注浆改造效果评价、工作面防治水安全评价的重要依据。本区段在钻探工程结束之后进行了复探，视电阻率剖面图如图5。

图5 2509 下顺槽瞬变电磁探测复探视电阻率值剖面图

由图可知，经钻探验证及底板注浆加固改造后，探测区域内未出现视电阻率值低阻值区，尤其是原先的低阻异常区域在注浆改造后视电阻率值明显增大，说明底板注浆改造效果较好，底板灰岩含水层已不存在明显强富水异常。

3 结语

全流程综合物探技术有效地消除了勘探盲区，达到精准探查目的。在工作面底板改造前进行初探，圈定底板灰岩含水层富水异常区范围，为钻孔施工提供标靶，以提高底板改造工程施工效率；检验注浆改造效果，保障工作面安全回采。