麻家梁煤礦工作面富水性音頻電穿透視探測效果研究

■代生福楊益武

（1同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司山西朔州036009；2西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院陜西西安710054）

麻家梁煤礦工作面富水性音頻電穿透視探測效果研究

■代生福1楊益武2

（1同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司山西朔州036009；2西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院陜西西安710054）

本文采用音頻電穿透視物探手段，對麻家梁煤礦煤礦14101回采工作面頂板富水性進行了探查研究。論文在介紹音頻電穿透視原理的基礎(chǔ)上，針對麻家梁工作面具體情況進行了合理的施工布設(shè)，通過資料處理和解譯圈定了富水異常區(qū)，對異常富水區(qū)進行來了分析。鉆探驗證說明了該物探方法進行工作面富水性探測的科學(xué)行和有效性。

音頻電透視法回采工作面富水性探測

0　引言

我國煤田水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜，透水事故常有發(fā)生，給煤礦安全生產(chǎn)帶來嚴重損失，礦工生命安全受到嚴重威脅，所以煤礦安全生產(chǎn)問題一直是煤礦開采工作中的重點。麻家梁煤礦是同煤控股的大型國有企業(yè)，由于受到奧灰承壓水和頂板K5砂巖水威脅，在回采工作面之前查明工作面頂板的富水情況對安全回采就尤為重要。目前，針對工作面附近的富水情況探測的方法較多［1，2，3］，本文采用音頻電穿透的方法對麻家梁工作面附近富水情況進行了探查研究。音頻電穿透視其特點為低阻反映敏感、采集信息量大、頻點可變、施工快捷工效較高，該方法能夠探測到工作面內(nèi)部兩順槽之間煤層及其頂、底板一定厚度范圍內(nèi)巖層的構(gòu)造發(fā)育及富水情況，該方法在麻家梁富水性探測中取得了良好的應(yīng)用效果。

1　方法原理

地下各種巖（礦）石之間存在導(dǎo)電差異，這響著人工電場的分布形態(tài)。礦井音頻電透視法就是利用專門的儀器在井下觀測人工場源的分布規(guī)律來達到解決地質(zhì)問題的目的。

從大的范疇來說，礦井音頻電透視法屬礦井直流電法。因其施工方法技術(shù)、資料處理技術(shù)的差異及主要針對性（探測采煤工作面頂?shù)装搴凰惓＃┑仍蚨纬傻V井音頻電透視法分支。

礦井含水構(gòu)造可以模擬為局部地質(zhì)體，如圖1。c所示。對于井下局部地質(zhì)體的附加場，可用導(dǎo)電球來說明問題，即電流場中導(dǎo)體的異常可以近似地看作電偶極子的異常［4］。其表達式為：

在直角坐標(biāo)系中偶極場的電位分布關(guān)系式為：

當(dāng)θ=90°時：

則低阻良導(dǎo)體產(chǎn)生一個負電位，如圖2.a所示。

對于井下近似三層地電模型來說，其點源場電位表達式為：

式中:Uo為無局部地質(zhì)體時的電位分布；Un為局部地質(zhì)體的異常場。

根據(jù)（1-1）式、（1-5）式可以看出異常曲線（U/U0）是以點源A與地質(zhì)體連線的延線為對稱軸的軸對稱曲線，如圖2.b所示。異常幅度、寬度與異常體的大小、異常體與圍巖的電性差異及距收發(fā)面的距離等有關(guān)。異常體規(guī)模（體積與含水強弱的綜合反映）越大、與圍巖的電性差異越大、距收、發(fā)面距離越小，異常幅度就越大；反之則越小。圖2.c為地板下存在含水體與不含局部水體等兩種條件下電位測量曲線的比較示意圖［5］。

2　地質(zhì)情況概述

麻家梁井田位于朔縣向斜東翼南段，構(gòu)造形態(tài)為一向西傾斜的略有起伏的單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)地層走向傾角平緩，一般為5°左右。

井田含煤地層為山西組、太原組和本溪組，煤系地層總厚200m左右，共含煤13層，煤層總厚平均23.80m。井田主要的含水層有：下奧陶系巖溶裂隙含水層（O1）、中奧陶系巖溶裂隙含水層（O2m）、上石炭系裂隙含水層（C3t）、早二疊系下部裂隙含水層（P1s）、新生界中、下部孔隙含水層、新生界上部孔隙含水層。

麻家梁煤礦目前主采4#煤層，4#煤開采的主要威脅為頂板上方的K5砂巖裂隙含水層，K5砂巖厚度較大，含水性不均一，在井下大巷掘進過程中，發(fā)現(xiàn)多處砂巖裂隙、斷層且其導(dǎo)含水現(xiàn)象嚴重。主井揭露最大涌水量為105.4m3/h，在副井環(huán)形車場施工中，錨桿孔單孔出水量最大可達16m3/h，給礦井的安全掘進帶來較大威脅。

3　物探工作布設(shè)

14101工作面為麻家梁煤礦的首采工作面，本工作面位于井田的中南部、北鄰+665回風(fēng)巷，東、南、西均未開采。該工作面南北向布置，工作面走向長約為2650m，東西寬約250m。音頻電透視測點布設(shè)時，在該工作面膠帶順槽、輔運順槽均以665回風(fēng)大巷（南）與順槽的交叉口為起點，向切眼方向以10m的點距編號標(biāo)點，兩條順槽各標(biāo)了264個坐標(biāo)點，共計坐標(biāo)點528個。發(fā)射點距50m，針對每個發(fā)射點，在另一順槽與之對稱點附近一定區(qū)段進行扇形掃描接收，每個發(fā)射點一般對應(yīng)15～26個接收點。14101工作面兩順槽共布置104個發(fā)射點（兩條順槽各52各），為了4#煤層上部K5砂巖的富水情況，本次探測時，采用F=120Hz頻率進行觀測。

4　成果分析

4.1成果分析

針對井下采集的音頻電透視數(shù)據(jù)，采用CT成像技術(shù)進行處理，計算出煤層頂板K5砂巖附近的電導(dǎo)率，并繪制相關(guān)圖件（圖2），本次探測研究共圈定14101工作面頂板發(fā)育有5個較大的富水異常區(qū)，其中III、IV、V號異常區(qū)的形態(tài)比較相似，I、II號異常區(qū)比較分散。從異常的幅值來看，III號、V號異常區(qū)的幅值相對較強，I號、IV號異常區(qū)的幅值中等，II號異常區(qū)的幅值相對較弱。下面就結(jié)合有關(guān)地質(zhì)、水文及掘進

等資料對各異常區(qū)進行綜合分析解釋。

I號異常區(qū)靠近14101工作面設(shè)計停采線附近，異常的形態(tài)比較分散，從采掘工程平面圖上來看，該部位存在一條落差2m左右的斷層橫穿655回風(fēng)大巷，向工作面內(nèi)有一定的延伸，輔運順槽0#～5#探測點向工作面內(nèi)延伸的異常條帶與該斷層應(yīng)該存在一定的聯(lián)系，分析認為該異常主要表現(xiàn)為4#煤層頂板K5砂巖裂隙發(fā)育，異常的幅值相對較弱。異常的形態(tài)比較分散，說明該異常部位上方的K5砂巖含水性極不均一。

II號異常區(qū)的范圍相對較小，異常幅值也相

對較弱，推測該異常發(fā)育位置K5砂巖富水性較弱。III號異常區(qū)的范圍相對較大，異常幅值也相對較強。采掘工程圖上顯示巷道掘進通過該區(qū)域時揭露有5條斷層，異常3的存在反映該部構(gòu)造引起的裂隙較為發(fā)育，為地下水提供了良好的儲存空間。

IV號異常區(qū)范圍相對較大，異常的幅值中等。采掘工程平面圖上顯示該部位并未揭露明顯的構(gòu)造，異常的存在疑似為煤層頂板K5砂巖裂隙發(fā)育且相對富水所致，異常的形態(tài)比較分散，說明頂板上方K5砂巖的富水性不均一。

V號異常區(qū)范圍相對較大，異常的幅值也相對較強，尤其在膠帶順槽的260#～264#探測點（切眼往回40m～切眼）---輔運順槽的251#～256#探測點（切眼往回130m～切眼往回80m）所形成的條帶區(qū)域更為明顯，該部位疑似存在含導(dǎo)水構(gòu)造，井下巷道掘進到該異常部位時，頂板淋水現(xiàn)象也比較嚴重。另外，該異常區(qū)位于工作面切眼附近，為首次來壓區(qū)。切眼位置又比較接近下石碣峪—王萬莊向斜軸部，向斜的存在給地下水的聚集提供了比較好的賦存條件，因此該異常區(qū)應(yīng)作為14101工作面防治水工作的重點區(qū)段。

4.2鉆探驗證情況

通過分析認為：音頻電穿透視探測的I號異常區(qū)與III號異常區(qū)與構(gòu)造的關(guān)系比較密切，斷層部位正是巖層裂隙易發(fā)地帶，為層間水的聚集提供了空間；音頻電透視的II號異常區(qū)疑似為K5砂巖層段巖層裂隙發(fā)育且相對富水所致；音頻電透視的V號異常區(qū)比較靠近切眼，位于首次來壓區(qū)，疑似為K5砂巖層段裂隙發(fā)育且相對富水所致，推測異常區(qū)內(nèi)存在斷裂構(gòu)造發(fā)育。音頻電透視的IV號異常區(qū)推測為局部的異常。

根據(jù)以上分析，在飲片電穿透視圈定的I、III和V號異常區(qū)布設(shè)了35個鉆孔，鉆空均由順槽向頂板方向布設(shè)，在K5砂巖頂終孔，其中有25個鉆孔出水，疏放水量總計達到10230余方，為該工作面的安全回采提供了有力的支持。

5　結(jié)論

煤礦安全生產(chǎn)直接決定了煤礦的正常生產(chǎn)秩序和效益。本文以麻家梁煤礦14101工作面音頻電穿透視探測為例，分析了用音頻電穿透視探測頂板水的有效性，經(jīng)鉆孔驗證，該方法是有效的。該方法成本低，施工靈活，探測快，效率高，值得推廣。

［1］毛明倉，韓德品，張維新．利用礦井直流電法探測技術(shù)防治頂板水害 ［J］．礦業(yè)安全與環(huán)保2010，37（2）：64-66

［2］高致宏，王彥紅，陳青峰．工作面富水區(qū)探測與礦井電法 ［J］．煤田地質(zhì)與勘探2002，30（4）：51-54

［3］岳建華，李志耽．礦井直流電法及在煤層底板突水探測中的應(yīng)用 ［J］．中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報1997，26（1）：94-98

［4］曾方祿，王永勝，張小鶴等．礦井音頻電透視及其應(yīng)用 ［J］．煤田地質(zhì)與勘探1997，12：54-58

［5］張軍，王勇，秦鴻剛等．礦井音頻電透視在礦井工作面探測中的應(yīng)用 ［J］．工程地球物理學(xué)報2013，10（4）：551-554

Study on the effect of water yeild property detection in the working face of the Majialiang coal mine with audio-frequency electrical penetration

Dai Shengfu1Yang Yiwu2
（1.Majialiang Coal Co.，LTD.of Datong Coal Mine Group and Zhengjiang ENERGY，Shuozhou，036009，China；2.Schoo1 of Geology and Environment，Xi'an University of Science and Technology，Xi'an 710054，China）

We use the method of high resolution dc method and audio-frequency electrical penetration to detect the coal mine extraction of working face in the research of water yield property exploration of the Ma Jia Liang coal mine which has achieved good results.This article simply introduces basic principle and construction method of the high resolution dc method and audio-frequency electrical penetration，then through the detailed explanation ofthe data processingin the later period prove that if we use the two methods at same time is very scientific and effective and has an important significance for coal mine safetymining.

audio-frequency electrical penetration；extraction of workingface；water yield property

F407.1［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-334-2

代生福（1966～），男，麻家梁煤礦總工，研究方向為煤礦生產(chǎn)及管理。