幅频电透视在探查煤层底板水及注浆检验中的应用

2022-03-19崔焕玉

煤炭与化工 2022年1期

崔焕玉

（河北煤炭科学研究院有限公司河北省矿井物探工程中心，河北邢台 054000）

0 引言

底板岩溶承压水是影响工作面回采的主要因素之一，在回采过程中，如遇到导水构造导通底板奥灰含水层，将会造成突水威胁，导致矿井损失重大。因此在工作面回采前，需通过井下物探方法探明煤层底板富水异常区位置，并对底板进行注浆改造，再次通过井下物探方法来验证，确保煤层底板注浆效果，最终达到工作面安全回采的目的。

目前井下常用的物探方法有矿井瞬变电磁法、幅频电透视技术和并行电法。矿井瞬变电磁法施工简便[1]，可灵活设计多组不同角度对煤层顶底板进行探测，能切出底板下不同深度视电阻率切片，但感应电磁场易受巷道里大型铁器、动力电影响，一方面会使探测结果出现假异常，另一方面影响瞬变电磁探测距离。并行电法施工速度快、简单[2-3]，但受限于仪器发射电流、电压，在较宽工作面采集效果不太理想。幅频电透视技术，可避免上述2 种物探方法缺点，受动力电影响较小，穿透距离也较大[4-5]，结合矿井条件，选择幅频电透视技术探查底板富水异常区更加方便高效。经实际应用，结合钻探验证，幅频电透视技术能够很好的查清工作面底板赋水异常区域，并且对注浆检测效果较好，值得进一步推广。

1 幅频电透视技术

1.1 原理

幅频电透视技术是以岩石的电性差异为基础，对人工电流场的分布规律进行的观测和研究。其基本原理是，把供电电极A（有时用偶极A、B）和测量电极M、N 分别布置在采煤工作面两相邻巷道，采用直流供电，通过测量M、N 间的电位差，研究两巷道间工作面内及围岩中电场分布规律。便可以确定工作面底板以下一定深度范围内（约为工作面采宽的1/2）不同含水地质体的形态和规模。

1.2 井下施工方法

常用的幅频电透视装置形式有定点二极电透视法、定点三极电透视法、定点偶极电透视法、同步二极电透视法、同步三极电透视法、同步偶极电透视法。

2 探测实例分析

2.1 探测区地质概况

该工作面为10 号煤综采工作面，走向长800 m，工作面倾斜长150 m，工作面掘进过程中无断层、陷落柱、采空区、不良地质钻孔等隐蔽致灾地质因素。顶板为K2 灰岩含水层，该含水层为强富水性含水层，为工作面顶板直接充水含水层。工作面底板距本溪组上部灰岩17.23 m，本溪组厚度28.86 m，工作面距奥陶系峰峰组上部灰岩46.09 m，该工作面防治水重点是防范奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层通过隐伏导水构造对工作面安全造成威胁。

2.2 探测仪器及探测方案

此次施工采用定点三极电透视法（图1），测点距统一采用10 m，发射点间距为60 m，每个发射点在另一巷的扇型对称区间接收13 个点（两端除外）。测量时，沿巷道依次移动供电电极A，测量电极M、N 布置在另一条巷道，保证相邻供电电极的接收扇形有足够的重叠，再将发射和接收巷道互换，逐点依次探测，进一步增加观测覆盖次数，完成双巷测量，使采面内各物理测点有2 次以上覆盖，增加数据真实性和有效性。

图1 幅频电透视施工布置示意Fig.1 Amplitude frequency electricity perspective construction layout

2.3 物探成果解释与分析

图2为该工作面第一次幅频电透视工作布置及成果图，图中曲线为电导率等值线，不同色界代表视电阻率相对高低，数值越大，视电阻率越小（图中深色区域），富水性相对也越强。经过分析，该工作面幅频电透视共圈定4 处异常区，深度为煤层底板75 m 以浅。

图2 注浆前幅频电透视探测成果图Fig.2 Amplitude frequency electricity perspective detection results before grouting

3 注浆检测

3.1 钻孔验证情况

第一次幅频电透视探测结束后，矿方根据幅频电透视圈定的异常布置钻孔，具体打钻位置如图2所示。钻孔打到本灰以下4 处异常均出现不同程度出水，具体注浆量见表1，较好的验证了物探成果。通过注浆加固，增加了隔水层的阻水性能，封堵了灰岩与煤层底板导水通道。再通过检查孔验证，出水量减少到2～6 m3/h，注浆后底板岩层得到了较好的加固，改造效果显著[6-7]。注浆前、后部分钻孔出水量见表1。