虎龙沟煤矿81517 工作面顶底板富水性探测

刘鹏程

（晋能控股煤业集团挖金湾虎龙沟煤业有限公司，山西 朔州 038300）

1 概况

挖金湾虎龙沟煤矿81517 工作面南部与盘区运输大巷相接，北部邻近塔山矿矿界。81517 工作面走向长950 m，倾斜长180 m。主采5 号煤，煤层总厚度9.65～14.11 m，平均煤厚11.98 m。由于受火成岩顺层侵入煤层影响，上部煤厚1.50～6.46 m 变质，平均厚4.71 m； 下部正常煤厚6.02～8.15 m，平均厚7.27 m。煤层结构复杂，厚度变化稳定，含泥岩及火成岩。回采过程中经常遇到各种未明积水，富水隐患威胁工作面的安全产生。综合分析81517 工作面内煤层顶底板富水性情况，确定工作面含水区域的深度与位置，方便开采阶段的防水排水方案的确定。采用物探技术对该工作面进行探测[1-6]，分析与评价其富水性，圈定富水异常区范围[7-10]，对其防治水工作提供指导。

2 音频电透视法探测原理

音频电透视方法是一种直流电场分布监测方法，通过人工低频电流的介入，根据不同物质电导性的差异，形成不同的电场分布图，根据电场分布图的解读，完成井下探测。煤层中不同类型的岩质和煤质以及井下人工构建物的铺设，会影响到人工电场的分布。不同频率的电流介入，可探测的深度不同，这就为该方法的分层探测提供了理论支持。根据施工技术、图像成型、图像处理等技术的差异，在井下工作面含水情况探测的精度也会不同。采用该方法时，将含水区域模拟为一类地质体如图1 所示，含水区域的电透视图上的异常幅度、宽度、大小以及电性突变的程度和探测的电流频率等都能反映出含水区域的特点。一般来说，图像上的异常体越大，电性突变程度越高，异常幅度就会越大，说明含水区域规模越大；采用的探测电流频率越低，含水层深度就越深。

图1 含水构造的模拟及电位异常反映特征

3 81517 工作面顶底板水探测施工

施工布置测点以81517 工作面两巷巷口的拐点为起点，分别在21517 巷道、51517 巷道的切巷位置结束编点，以10 m 为点距编号标记。21517巷道以巷口（位置标记1 点）开始由外向里按10 m间隔标记点号，点号标记范围为1 点～96 点。51517 巷道以巷口（位置标记1 点）开始由外向里按10 m 间隔标记点号，点号标记范围为1 点～96点。设计发射点的间距为50 m，接收点距10 m。探测控制81517 工作面走向长度950 m，倾向长度180 m。实际探测点共计192 个坐标点。

测网密度为：接收点距10 m、供电点距50 m，无穷远电极与最近的接收/ 发射电极距离大于500 m。针对每个供电点，在另一巷道与之对称点附近一定区段进行扇形扫描接收，如图2 所示。

图2 81517 工作面音频电透视施工布置

本次探测工作在81517 工作面21517 巷道、51517 巷道分别布置发射点20 个，共计40 个发射点。发射端与接收端通过连接线对发射采集时间进行同步，即到固定某一时间所有收发电极都固定在对应的点位上。为了探测81517 工作面顶底板0～100 m 的煤岩层富水性情况，矿井音频电透视施工时采用F=16 Hz、128 Hz 两个频点进行采集； 每个发射点单频发射后平均对应54 个接收点； 其中21517 巷道累计接收2 160 个物理点，51517 巷道累计接收2 160 个物理点，检查点256 个，共计采集4 576 个物理点。

4 81517 工作面顶底板水探测成果

按照频率域电场理论及实际探测经验，判定工作频率为128 Hz 视电导率探测结果的有效探测深度为0～50 m 煤岩层段；16 Hz 视电导率探测结果的有效探测深度范围为50～100 m 煤岩层段。获得的音频电透视法平面图中数值相同的区域指的是在相同的深度层面下，工作面某一平面煤层地质电导率基本相同，非等值线区域代表了不同的地质电导率岩层结构。采用音频电透视探测形成的图像如果视电导率等值线分布匀称、过渡平滑，说明探测的地层岩性结构简单，地质地层分布均匀；如果图像电导率等值线分布不均匀，一般都呈现出非规格的长条形或圆形，说明该区域大概率存在富水区。

4.1 工作面底板0～50 m 成果图

图3 为81517 工作面底板0～50 m 层段音频电透视电导率平面图，该图主要反映工作面底板0～50 m 范围内岩层的电性特征。如图3 所示，工作面内该层位发现有一处高电导率值异常，位于工作面距巷口0～20 m 之间，位于两侧巷道的中间部位，范围小，异常幅值相对高，可靠性低。据现场探测条件及干扰综合分析推断为干扰异常区。

图3 81517 工作面底板0～50 m 层段音频电透视电导率平面

4.2 工作面底板50～100 m 成果图

图4 为81517 工作面底板50～100 m 层段音频电透视电导率平面图，该图主要反映工作面底板50～100 m 范围内岩层的电性特征。如图4 所示，工作面内该层位发现有两处高电导率值异常，异常区一位于51517 距巷口790～830 m 之间，位于两侧巷道中间，范围不大，异常幅值相对高，可靠性高，推断为煤岩层裂隙富水或积水；异常区二位于21517 巷道一侧距巷口870～900 m 之间，范围较小，异常幅值相对高，可靠性低，据现场探测条件及干扰综合分析推断为干扰异常区。

图4 81517 工作面底板50～100m 层段音频电透视电导率平面

4.3 工作面顶板0～50 m 成果图

图5 为81517 工作面顶板0～50 m 层段音频电透视电导率平面图，该图主要反映工作面顶板0～50 m 范围内岩层的电性特征。如图5 所示，工作面内该层位发现有两处高电导率值异常： 异常区一位于51517 距巷口210～270 m 之间，位于两侧巷道的中间部位，范围不大，异常幅值相对高，可靠性中等，推断为局部煤岩层裂隙富水或积水；异常区二位于21517 巷道一侧距巷口230～390 m之间，范围较大，异常幅值相对高，可靠性高，推断为局部煤岩层裂隙富水或积水。

图5 81517 工作面顶板0～50m 层段音频电透视电导率平面

4.4 工作面顶板50～100 m 成果图

图6 为81517 工作面顶板50～100 m 层段音频电透视电导率平面图，该图主要反映工作面顶板50～100 m 范围内岩层的电性特征。如图6 所示，工作面内该层位发现有一处高电导率值异常，位于工作面距巷口140～270 m 之间，位于21517巷道一侧向工作面方向延伸，范围不大，异常幅值相对高，可靠性中等，推断为局部煤岩层裂隙富水或积水。

图6 81517 工作面顶板50～100 m 层段音频电透视电导率平面

4.5 工作面范围音频电透视法探测综合解释成果图

最终完成的81517 工作面音频电透视法探测综合解释成果如图7 所示，结合矿方资料综合分析81517 工作面音频电透视法探测底板共有一处富水异常区，富水异常范围位于底板50～100 m；具体位置位于工作面距巷口790～870 m 处，位于两巷道中间，工作面的中部，范围不大，异常幅值相对高，可靠性高，推断为煤岩层裂隙富水或积水。对探测出的富水异常区需要矿方进行验证。

图7 81517 工作面音频电透视法探测综合解释成果

81517 工作面音频电透视法探测顶板共有一处富水异常区，不同深度的平面图异常位置大致吻合，富水异常范围以顶板50～100 m 的成果为主，具体位置位于工作面距巷口130～300 m 处，位于两巷道的中间，工作面的中部，范围大，异常幅值相对高，可靠性高，推断为煤岩层裂隙富水或积水。探测出的富水异常区需要矿方进行验证。

5 结论

1）采用矿井音频电透视法对挖金港虎龙沟煤矿81517 工作面煤层顶底板的富水性进行探测，施工采用16 Hz 视电导率探测50～100 m 煤岩层段含水情况，采用128 Hz 视电导率探测0～50 m煤岩层段含水情况，判定工作面130～300 m 顶板和790～870 m 处底板有两富水区，这是根据探测图像以及挖金湾虎龙沟煤矿的水文地质资料综合分析判断的结果，实际富水区埋深还有待进一步验证。

2）根据视电导率值大小、分布形态，结合已有的地质和水文地质资料等综合分析，对以上各异常区，应积极采取钻孔探放水措施。考虑到工作面回采等各种因素，钻孔探放水应首先施工相对较强富水区及先回采块段部分，钻孔施工应选择异常区内相对集中且视电导率值异常幅度大的区域。

3）探测到的井下富水区情况会随着水文地质条件的变化以及含水构造的发育、富水区域水压的变化而变化，涌水情况也会受到采煤工艺、掘进方式和回采速度等因素影响。因此在进行该区域煤层开采时，需要对工作面范围内的富水情况进行精测，并确定涌水量以及排水措施，防止透水等事故发生，确保井下开采安全。