音频电透视探测工作面顶底板富水异常区技术研究

秦泰山

（山西三元煤业股份有限公司，山西 长治 046000）

1 概 况

三元煤业现开采3号煤层，开拓方式为立井开拓，单一水平开采，在煤矿中部沿南北方向布置胶轮、皮带和回风大巷。三元煤业4306回采工作面位于四采区，东为四采区准备巷道，南为实体煤，西为矿井边界，北为4302采空区。4306工作面主采3号煤层，厚度平均7.3 m，煤层倾角1°～11°，工作面标高+507—+533 m，地面标高+906—+911 m，可采走向长度868 m，倾向长189 m，面积164 052 m2。工作面地面位置东临二广高速公路、上秦村（已搬迁），南临农业耕地，西临浊漳河和农田，北临农业耕地。为了查明4306工作面勘探范围内煤层顶底板上下煤岩段富水性，保证工作面安全生产，提高开采效率，决定采用音频电透视物探方法进行探测，探查4306工作面顶底板0～50 m、50～100 m及顺层方向的含水情况。

2 探测方法技术原理

4306工作面需要探查工作面顶底板岩层和工作面顺层方向富水性异常的分布情况，目前常用的勘探方法主要有矿井高分辨电测深技术、矿井瞬变电磁技术及矿井音频电穿透技术等。矿井音频电穿透法（又称音频电透视法）属于《煤矿防治水细则》重点推荐的煤矿防治水物探技术，是我国发展较快、探查回采工作面顶底板水害科学有效的矿井物探技术之一。该方法主要探查工作面顶底板内部的电性变化，对采长较大的工作面还具有探测工作面内部地质构造的优势。该技术正在向工作面顶、底板三维立体勘探方向发展，可立体勘探工作面顶、底板一定范围内含导水地质构造，显示直观，效果好。

由于地下各种岩（矿）石之间存在导电差异，会影响人工电场的分布形态。异常幅度、宽度与异常体的大小、异常体与围岩的电性差异及距收发面的距离等有关。异常体规模（体积与含水强弱的综合反映）越大、与围岩的电性差异越大、距收发面距离越小，异常幅度就越大；反之则越小。图1为有无异常体时电位测量曲线的比较示意图。

图1 工作面顶、底板低阻异常体探测曲线显示Fig.1 Detection curve of low resistance abnormal body in roof and floor of working face

3 探测作业及技术措施

此次音频电透视探测工作使用的仪器为福建华虹智能科技有限公司出品的YBT32型音频电透视仪，该仪器由发射机、接收机2个箱体组成。发射机在工作面一侧巷道以一定频率向地层中发射脉冲电信号，接收机在另一巷道一定区域接收电信号。根据之前三元煤业4301工作面的探测经验，此次探测使用128 Hz和16 Hz频率，90 V供电。井下音频电穿透施工方式如图2所示，在2个顺槽内同时作业，相对固定发射（供电）电极A1、A2，移动测量电极M、N，对工作面进行以发射点为中心的扇形扫描，达到探测工作面内部导、含水构造的目的。

此次勘探的4306工作区域运输顺槽1 200 m，回风顺槽1 200 m，切眼宽189 m。测点布置以切眼为起点，以10 m为点距，在4306运输顺槽布置121个测点，编号依次为0～120号；在4306回风顺槽同样布置121个测点，编号依次为0～120号。发射（供电）点距50 m，运输顺槽和回风顺槽各25个发射点，共计50个。

4 4306工作面富水异常分析

4.1 顶板富水异常区

以工作面运输顺槽切眼处为坐标原点，建立直角坐标系，异常位置的描述依此坐标系统进行。图3（a）为顶板128Hz工作频率探测视电导率异常成果图，共圈定1处高视电导率异常（编号为YC1），该异常位于工作面内，距离0号探测690～715 m，距离回风顺槽9～45 m，面积约770 m2，异常呈椭圆状分布，异常范围较小、强度较低。该工作频率主要反映顶板上0～50 m层段地层地电特征，综合分析该异常为煤层顶板0～50 m层段砂岩裂隙水所致，富水性弱。图3（b）为顶板16 Hz工作频率探测视电导率异常成果图，共圈定1处高视电导率异常（编号为YC1），该异常位于工作面内，距离0号探测点695～735 m，距离回风顺槽9～61 m，面积约1 500 m2，异常呈椭圆状分布，异常范围较小、强度较低。该工作频率主要反映顶板50~100 m层段附近地层地电特征，综合分析煤层顶板50~100 m层段范围内砂岩裂隙水所致，富水性弱。

图3 4306工作面顶板视电导率异常成果Fig.3 Results of roof apparent conductivity abnormal area of No.4306 Face

4.2 顺层方向富水异常区

图4为顺层探测视电导率异常成果图，共圈定1处高视电导率异常（编号为YC1），该异常位于工作面内，距离0号探测点620～660 m，距离回风顺槽0～34 m，面积约1 200 m2，异常呈半椭圆状分布，异常范围较小、强度较低，综合分析煤层中存在裂隙水所致，富水性弱。

图4 4306工作面顺层探测视电导率异常成果Fig.4 Results of bedding detection apparent conductivity abnormal area of No.4306 Face

4.3 底板富水异常区

图5（a）为底板128 Hz工作频率探测视电导率异常成果图，整体视电导率值较均一，强度低，未划分异常区。该工作频率主要反映底板下0～50 m层段地层地电特征，综合分析煤层底板0～50 m层段内砂岩富水性很弱。图5（b）为底板16 Hz工作频率探测视电导率异常成果图，整体视电导率值较均一，强度低，未划分异常区。该工作频率反映底板50～100 m层段附近地层地电特征，综合分析煤层底板50～100 m层段砂岩富水性较弱。

图5 4306工作面底板探测视电导率异常成果Fig.5 Results of floor apparent conductivity abnormal area of No.4306 Face

5 音频电透视探测成果综合分析

综合对比上述探测成果，并结合矿方资料综合分析，圈定1处电性异常区，如图6所示。

图6 4306工作面音频电透视探测综合成果图Fig.6 Geological interpretation of comprehensive results of audio electric perspective detection in No.4306 Face

YC1异常区在顶板128 Hz、16 Hz频率探测中圈定，异常位于工作面靠近回风顺槽，横向距切眼约620～735 m处，纵向距离回风顺槽0～61 m，呈椭圆状分布，影响面积约4 200 m2，强度较低，工作面顶板岩性为泥岩、砂质泥岩、各粒级砂岩，在回风顺槽该异常附近存在顶板滴淋水现象，综合分析认为该异常可能为顶板砂岩裂隙水所致，富水性弱。在顶板128 Hz视电导率等值线图中靠近切眼距离回风顺槽约20 m存在小区域异常区，结合已知地质资料分析认为是DX8陷落柱影响，范围太小，不做成果地质解释。

6 结 论

（1）使用音频电透视技术探测了三元煤业4306工作面顶底板0～100 m和顺煤层方向的异常分布特征，通过数据处理分析解释，圈定1处视电导率异常区域（YC1），解释为顶板砂岩裂隙水，建议对该异常进行工程验证，查明其赋水特征并揭示异常本质。若异常处赋水较多，有明显的涌水补给，则应及时进行疏放。

（2）此次研究得到的顶底板富水异常区相关结论是根据音频电透视探测结果，并结合相关水文地质资料分析而来，所采用的资料局限于一定范围内地层的水文条件，所得结论具有一定的局限性且受到测区外的含水构造的发育、补给源、采煤方法、回采速度等诸多因素影响。建议回采期间加强水文地质观测及资料收集，发现异常及时反馈给有关主管部门，以便及时采取防治水技术措施，确保生产安全。