并行电法在工作面底板富水区探测中的应用

张晓岩，路 鑫

（潞安化工集团有限公司古城煤矿，山西 长治 046000）

并行电法是在高密度电阻率法勘探基础之上发展起来的一种新技术[1-2]，它具有多次覆盖叠加快速、同步数据采集的优势。 并行电法在探测工作面前方及顶底板富水区和煤层厚度异常区域时，会与正常煤（岩）层存在明显的电性差异，可以通过此原理对工作面前方富水性进行分析。 并行电法数据采集方式分为两种：AM 法和ABM 法[3-5]。利用并行电法仪采集的数据可以进行高密度电阻率法和高分辨的电阻率法解释，也可以进行二维和三维电阻率成像解释。

本次电法探测仪器采用本安型防爆YBD11型矿用网络并行电法仪对工作面进行探测。

1 工程概况及探测任务

1.1 工作面概况

古城煤矿N1302 工作面走向长1 950 m，倾斜长330 m，开采标高为+392～+456.8 m。 工作面开采煤层属二叠系下统山西组下部的3#煤层，平均煤厚6.24 m。 该矿奥灰水位标高为+625 m，属于带压开采。 工作面顶板主要充水水源是3#煤层顶板K8、K10砂岩裂隙含水层，为开采时的主要威胁。煤层顶板距K8底板34.05～36.76 m，K8岩性以细粒砂岩为主，岩石破碎、裂隙发育；煤层顶板距K10底板92.3～103.91 m，K10岩性以中粒砂岩为主，裂隙发育。 预计回采时产生的导水裂缝带最大高度为58.91～60.99 m，一般可以沟通上覆K8砂岩以下各弱水含水层。 煤层底板至奥灰顶面隔水层厚度为141.52 m，主要有2 个含水层，奥陶系中统石灰岩岩溶含水层组和石炭系太原组岩溶含水层组。 其中石炭系太原组岩溶含水层主要由K2、K3、K4、K5四层石灰岩组成，平均厚度17.77 m，K7砂岩厚度5.36 m，根据钻孔揭露情况，一般岩溶裂隙不发育，富水性较弱。

1.2 探测任务

为了确保N1302 工作面安全回采，对工作面底板富水情况进行探查。 本次物探采用矿井并行电法开展探测工作，探测的主要目的和地质任务是探清N1302 工作面煤层底板下方100 m 范围内含水层富水情况，井下数据采用AM法。

2 数据采集

现场探测分别在N1302 工作面进风顺槽和胶带顺槽进行，依次在巷道底板布置电极和电法测线，测站布置如图1 所示。 共布置6 站，进风顺槽和胶带顺槽各布置3 站电法测线。 每站布置72 个电极，电极间距为11 m。 完成有效测线长度为3 600 m（平距），控制工作面走向长度1 800 m（平距）。

图1 N1302 工作面底板并行电法探测布置

对每站采集数据分别用0.1 s、0.5 s 和1.0 s恒流供电方波采集数据一次，以校验电阻率数据采集的可靠性。

N1302 工作面进风顺槽和胶带顺槽底板整体较为干燥，局部区域顶板有淋水现象（已核对，顶板淋水，当时写错了）、现场存在铁器堆砌，对采集信号产生一定影响，后期已进行干扰矫正。

3 数据处理及成果分析

3.1 数据处理

采用双巷三维全空间电阻率反演技术，以反映底板电性分布情况。

数据处理采用 “WBD2.0 电阻率数据解析系统”，后期分析出图采用surfer8.0 软件。

（1）测点坐标是指电极坐标（X，Y，Z）。 本次处理时选取N1302 工作面切眼与N1302 工作面胶带顺槽交叉位置为坐标原点（0，0），沿N1302 工作面胶带顺槽指向大巷方向为X轴正向，沿切眼指向进风顺槽方向为Y轴正向。

（2）在预处理参数输入后，采用均值法对电流值与电位值进行处理。

（3）得到稳定的电流值和点位置后，删除不符合电场规律的异常值。

（4）进入视电阻率模块计算，进行全空间电场3D反演，并用surfer8.0 后期处理出图。

3.2 成果分析

对N1302 工作面两巷采集的数据选取全空间层状模型，得到N1302 工作面底板下10～100 m电阻率成像切片图。

如图2 所示，本次工作面底板探测结果切取了-10 m、-20 m、-40 m、-60 m、-80 m 和-100 m位置的水平切片，以电阻率小于40 Ω·m 划定相对低阻区。 可以看出，N1302 工作面主要存在1 处相对低阻区，如图2 中红线圈定所示，定义为YC1。 相对低阻区情况如下：

图2 N1302 工作面底板并行电法探测空间分布

YC1 相对低阻区分布在工作面底板下方区域，靠近胶带顺槽，位于坐标系X=1 125～1 500 m，Y=0～40 m 之间，发育高度为底板下方10～60 m，分析为煤层下方含水层局部富水影响，或岩性发生较大变化所致，与下部奥灰水联系较弱。

4 结论

1）N1302 工作面底板并行电法探测现场共布置电法测线6 站，控制工作面走向长度1 800 m，工作面底板下方100 m 范围，完成了对工作面的完整探测。

2）N1302 工作面底板并行电法探测得相对低阻区存在1 处，定义为YC1。 低阻区分布在工作面底板下方10～60 m 范围，分析为煤层下部含水层弱富水或岩性发生较大变化所致，与下部奥灰水联系较弱。

3）底板方向的相对低阻区分布在N1302 工作面下方10～60 m 范围，主要含水层为K5～K7砂岩。 资料显示，K5～K7砂岩含水层为弱富水性，且对工作面不带压开采，因此低阻区对工作面回采几乎无影响，但在工作面回采至该片区域时，仍应注意水文地质观测工作。