强富水复杂区域裂隙导水通道探查技术研究

2022-08-16宋丽超

煤炭与化工 2022年7期

宋丽超，王毅

（山西霍州煤电集团技术研究院，山西霍州 041000）

汾源煤业5-103 工作面底板标高+1 160—+1 170 m，井田范围内奥灰水位平均标高为+1 466 m，工作面带压2.96～3.06 MPa。掘进期间已揭露高度为20、7、10 m 的断层，可能导通底板奥灰水。为防止工作面下部砂岩、奥灰岩水沿构造带上涌造成出水事故，需要对工作面下部砂岩及奥灰含水层的富水性进行精准探查，确定富水区域，为防治水提供详实的资料。根据汾源煤业5-103 工作面实际情况，采用直流电法测深、瞬变电磁测深法综合物探，精确探查工作面及巷道底板下40 m 内奥灰层的富水性。

1 工作面水文地质概况

汾源煤业5-103 工作面所采的5 号煤层平均厚度10 m，位于石炭系太原组中下部，煤层稳定可采，结构复杂，含1～3 层不稳定夹矸，为1/3 焦煤。5-103 工作面煤层顶底板主要岩性为粉砂岩、泥岩、细砂岩、中砂岩、石灰岩，电阻率约在数十至数千欧姆·米，明显高于水的电阻率，当裂隙发育区、构造带等充水时，其导电性大为增强，电阻率明显降低。

2 综合物探手段探测

2.1 直流电四极测深探测

直流电四极测深探测采用地大华瑞研制的YDZ50 型防爆直流电法仪，如图1 所示。电极排列和有关技术参数如下：供电极距AB/2 最大64 m，保证探测深度不小于50 m；供电电流50～70 mA，保证足够的观测信号和信噪比；供电间距4 m，保证足够的分辨率和数据采集密度。

图1 四极测深装置示意Fig.1 Device of quadrupole exploring depth

根据直流电四极测深探测结果，在矿井电法低阻异常区平面图内划分出10 个视电阻率低阻异常区，分别命名为D1～D10，如图2 所示。

图2 5- 103 工作面矿井电法视电阻率低阻异常断面Fig.2 Lowresistivity abnormal profile of mine electric method apparent resistivity in No.5-103 face

D1 位于工作面北部，1032 巷49 号至53 号点之间，靠近1032 巷一侧，D1 附近存在H=7 m 断层，断裂构造发育，其所在范围应为工作面底板至奥灰顶界面以上地层破碎带充水引起的电性反映，应注意其与工作面底板发生水力联系的可能性。

D2 位于工作面北部，D1 以南，1032 巷36 号至46 号点之间，靠近1032 巷一侧，在1032 巷底板视电阻率低阻异常断面图上存在大面积低阻异常反映，D2 附近断裂构造发育，其所在范围应为工作面下部地层破碎充水引起的电性反映。D2 与D8低阻区相互联系，反应为H=5 m、H=9 m 断层。D8 是此次综合电法探测发现的大面积低阻异常区之一，位于工作面中部偏北，1031 巷39 号至50号点之间，靠近1031 巷一侧，在1031 巷底板视电阻率低阻异常断面图上存在大面积低阻异常反映，D8 附近断裂构造发育，其所在范围应为工作面下部地层破碎带充水引起的电性反映。异常范围内奥灰含水的可能性较大，存在奥灰通过断裂破碎带与工作面底板发生水力联系的可能性。

D3、D4 位于工作面中部偏北，1032 巷28 号至38 号点之间，靠近1032 巷一侧，在1032 巷底板视电阻率低阻异常断面图上存在明显低阻异常反映，两异常位于断面上部，分布面积较小，根据D3、D4 电性分布特征及地质资料分析，其所在范围应为工作面下部砂岩局部裂隙发育充水引起的电性反映。

D5 位于工作面中部偏南，1032 巷17 号至20号点之间，靠近1032 巷一侧，在1032 巷底板视电阻率低阻异常断面图上存在明显低阻异常反映，异常位于断面中下部，分布面积较大，根据D5 电性分布特征及地质资料分析，其所在范围应为奥灰及上部砂岩岩溶裂隙发育充水引起的电性反映。

D6 位于工作面北部，5-103 切巷3 号至7 号点之间，靠近切巷一侧，在5-103 切巷底板视电阻率低阻异常断面图上存在明显低阻异常反映，主要反应为H=5 m、H=9 m 断层，根据D6 电性分布特征及地质资料分析，其所在范围应为工作面下部砂岩局部裂隙发育充水引起的电性反映。

D7 位于1031 巷53 号至56 号点之间；D9 位于1031 巷31 号至35 号点之间，D10 位于工作面中部偏南；1031 巷14 号至19 号点之间。3 个异常区均靠近1031 巷一侧，在1032 巷底板视电阻率低阻异常断面图上存在小范围低阻异常反映，根据D7、D9、D10 电性分布特征及地质资料分析，其所在范围应为工作面下部砂岩局部破碎或裂隙发育充水引起的电性反映。

2.2 瞬变电磁法底板测深探测

瞬变电磁法底板测深探测采用加拿大Geonics公司生产的PROTEM47 瞬变电磁仪，PROTEM 接收机具有24 位瞬时分辨率，29 位系统分辨率，270 kHz 带宽，微秒级的30 个采样门和XYZ 三分量同时观测等特点，广泛应用于井下富水性探测。矿井PROTEM47 瞬变电磁仪底板富水性探测划分出5 个视电阻率低阻异常区，分别命名为S1～S5，如图3 所示。

图3 5- 103 工作面瞬变电磁视电阻率等值线断面Fig.3 Contour profile of transient electromagnetic apparent resistivity in No.5-103 face

S1 位于工作面北部，1032 巷51 号至54 号点之间，靠近1032 巷一侧，异常纵向延展距离较长，呈长条带状反映，S1 附近断裂构造发育，位置与D1 相近，其所在范围应为工作面下部地层破碎充水引起的电性反映，应注意异常范围内工作面底板与下部奥灰含水层通过断层发生水力联系的可能性。

S2 位于1031 巷50 号至52 号点之间，靠近1031 巷一侧，异常纵向延展距离较长，呈条带状反映，垂向延伸范围0～-75 m，主要受1031 巷H=5.6 m 断层影响。

S3 位于1031 巷30 号至33 号点之间，异常纵向延展距离较长，呈条带状反映，垂向延伸范围0～-75 m，所在范围应为工作面下部砂岩和奥灰岩溶裂隙发育充水引起的电性反映。

S4 位于工作面南部，1031 巷10 号至14 号点之间，异常位于断面中下部，纵向延展距离较长，呈长条带状反映，垂向延伸范围-20～-75 m。根据S4 电性分布特征及地质资料分析，其所在范围应为工作面下部砂岩和奥灰岩溶裂隙发育充水引起的电性反映，应注意异常范围内工作面底板与下部奥灰含水层之间的水力联系。

S5 位于工作面南部，S4 以南，1031 巷0 号至4 号点之间，异常纵向延展距离较长，上部接近断面顶部，下部至断面底部，垂向延伸范围0～-75 m。S5 与S4 电性反映特征相似，其所在范围应为工作面下部砂岩和奥灰岩溶裂隙发育充水引起的电性反映，应注意异常范围内工作面底板与下部奥灰含水层之间的水力联系。