直流電法探測技術(shù)在彬長礦區(qū)防治水中的應(yīng)用

余智秘

(陜西彬長胡家河礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽 712000)

0 引言

防治水工作一直是煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，在礦井開采過程中，查明工作面頂板富水異常區(qū)位置是煤礦安全生產(chǎn)必須解決的問題之一。在一些煤層厚度大的礦井，隨著回采導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育，受水害的威脅隨之增大；采用傳統(tǒng)鉆探方法效率低，成本高，且無法滿足防治水工作需要。利用物探方法對煤礦水文地質(zhì)條件進(jìn)行探測具有投入少，效率高，效果顯著等特點(diǎn)。因此，采用直流電法等物探方法提前做好礦井水體的探測，以期為礦井防治水提供有效的技術(shù)支持，為煤礦的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

1 方法原理及裝置形式

1.1 方法原理

井下直流電測深法屬全空間電法勘探，以巖石的電性差異為基礎(chǔ)，在全空間條件下建場，使用全空間電場理論，處理和解釋有關(guān)礦井水文地質(zhì)問題。測深法是研究深度方向地層電性變化規(guī)律，從而獲得深度方向地層各種地質(zhì)信息的一種物探方法；是在同一點(diǎn)逐次增大供電電極距，使勘探深度由小逐漸變大，于是可以觀測到測點(diǎn)處沿深度方向由淺到深地層的電性變化特征。

1.2 裝置形式

采用三極固定MN裝置，無窮遠(yuǎn)極的布設(shè)沿著巷道布設(shè)，且無窮遠(yuǎn)極OB的距離大于3倍的最大供電電極距OA，如圖1所示。

圖1 三極測深工作原理示意圖

2 數(shù)據(jù)采集與分析

2.1 數(shù)據(jù)采集

儀器選擇：采用國產(chǎn)YD32(A)本安型礦用高分辨率電法儀，如圖2所示。該儀器可現(xiàn)場顯示測量曲線、實(shí)時處理；實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)智能控制，界面美觀，自動化程度高。

圖2 YD32(A)本安型高分辨率電法儀

參數(shù)選擇：供電極距OA采用算術(shù)極距，極間距為10 m，最小OA為25 m，根據(jù)探測深度確定最大OA，一般選用OA為225 m，無窮遠(yuǎn)極OB不小于700 m。接收極距MN/2采用固定形式，分別為5 m和15 m，兩接口處取視電阻率平均值。

2.2 資料處理與解釋

資料處理：資料處理的過程中，在詳細(xì)分析原始資料特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本著“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原則對原始資料進(jìn)行精細(xì)處理。施工采集的數(shù)據(jù)都自動保存在儀器中，將USB通信線連接在儀器面板上的充電/通信口，插入U盤拷貝數(shù)據(jù)文件到計算機(jī)后通過“YD32(A)高分辨電法儀資料處理軟件系統(tǒng)”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將井下接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成視電阻率值，繪制視電阻率等值線斷面圖。將所測得各條剖面的視電阻率值按線號、點(diǎn)號一一對應(yīng)，組成工作面視電阻率數(shù)據(jù)，利用專業(yè)軟件進(jìn)行水平切片處理，切取煤層頂板各層位視電阻率值，最后繪制視電阻率等值線平面圖。

3 綜合應(yīng)用

3.1 地質(zhì)背景

煤層：目的層為4#煤層，賦存穩(wěn)定，厚度為11～28 m，平均厚度22 m，上分層平均可采厚度14.1 m。煤層底板埋深570～670 m，距二總回約1 150 m處埋深最淺，從此處向南北兩側(cè)逐漸增大。煤層底板標(biāo)高+310～+380 m，總體趨勢從工作面中部向南北兩側(cè)逐步升高，其中在A5向斜軸部附近為最低，最高處為切眼附近。4#煤層為穩(wěn)定煤層，其頂板巖性以灰～深灰色砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，底板則以黑灰色泥巖、鋁土質(zhì)泥巖為主。

水文特點(diǎn)：①洛河組中粗粒碎屑巖含水巖組—巖性以紫紅～暗紫紅色中、粗粒砂巖為主，全區(qū)分布，伏于環(huán)河華池組相對隔水巖組之下，一般厚200～300 m，由東南向西北變厚。據(jù)抽水試驗，該層單位涌水量0.057 3～0.176 8/0.290 9 L/s·m，滲透系數(shù)0.022 5～0.436 5/0.099 5 m/d，屬微咸水且具較強(qiáng)承壓性；②安定、直羅組非煤系含水巖組—巖性為砂礫巖、中粗粒砂巖與粉細(xì)粒砂巖及泥巖、砂質(zhì)泥巖。前者為較弱含水層，后者為相對隔水層。安定組中部及底部、直羅組底部為較弱含水層，據(jù)抽水試驗成果，該層單位涌水量0.000 05～0.002 6 L/s·m，滲透系數(shù)0.000 35～0.016 46 m/d，富水性微弱。安定組上部及中部、直羅組上部為隔水層，本井田厚度在40～60 m左右；③延安組含煤地層承壓含水巖組—本組地層存在兩個含水層段，即4#煤層及其上部的中粗粒砂巖、砂礫巖含水層段。厚度40～80 m左右。據(jù)以往抽水試驗，該層單位涌水量0.000 046～0.000 74 L/(s·m)；該層滲透系數(shù)為0.000 38～0.001 27 m/d，富水性微弱，但具有較強(qiáng)的承壓性，補(bǔ)給源較遠(yuǎn)，補(bǔ)給水頭亦高，其隔水層由4#煤層頂、底板粉、細(xì)粒砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖組成。

構(gòu)造特點(diǎn)：研究區(qū)內(nèi)地層整體向北西及北北東方向傾斜，發(fā)育A5向斜、A4背斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)發(fā)育斷層4條，編號分別為DF14、F10、F7、CF1，如圖3所示。

圖3 構(gòu)造綱要圖

3.2 綜合應(yīng)用

斷面圖分析：從運(yùn)輸巷等視電阻率斷面圖上可以看出，運(yùn)輸巷視電阻率等值線整體呈層狀分布，局部區(qū)域呈低阻隆起，如圖4所示。運(yùn)輸巷存在3處視電阻率低阻異常，依次編號為A、B和C號異常。其中A號異常較為寬緩，幅值較強(qiáng)，距切眼1 400～1 700 m，位于A4背斜北翼，分析此異常為A4背斜附近砂巖局部裂隙含水所致。B號異常較為尖銳，幅值較強(qiáng)，距切眼900～1 160 m，異常內(nèi)發(fā)育A5向斜和F10斷層，分析此異常為構(gòu)造破碎帶含水所致。C號異常位于距切眼100～260 m，范圍較小，幅值相對較弱，分析為頂板砂巖含水所致。

圖4 運(yùn)輸巷等視電阻率斷面圖

立體圖分析：通過井下直流電法勘探，圈定了4#煤頂板上160 m范圍內(nèi)各巖層的富水異常區(qū)范圍，主要有3個異常區(qū)，如圖5所示。①A號富水異常區(qū)為A4背斜造成的局部裂隙較為發(fā)育及延安組上段、直羅組砂巖層局部富水所致，該異常在4#煤層頂板上30～110 m范圍內(nèi)均有不同程度的發(fā)育，4#煤層頂板上110～160 m延伸，異常逐漸消失，推測此異常延伸至4#煤層頂板160 m上部含水層的可能性較小；②B號富水異常區(qū)為F10斷層的構(gòu)造破碎帶含水、A5向斜造成的裂隙較為發(fā)育、安定組相對隔水層較為薄弱所致，該異常在4#煤層頂板上30～160 m范圍內(nèi)，均出現(xiàn)不同規(guī)模的異常區(qū)，推測此異常中心延伸至4#煤層頂板160 m上部含水層的可能性較大；③C號富水異常區(qū)為4#煤頂板裂隙較為發(fā)育、延安組上段砂巖含水、安定組相對隔水層較為薄弱所致，該異常在4#煤層頂板上30～160 m范圍內(nèi)，均出現(xiàn)不同規(guī)模的異常區(qū)，推測此異常中心延伸至4#煤層頂板160 m上部含水層的可能性較大。

綜合分析：綜上所述，在距切眼900～1 060 m之間，4#煤頂板上160 m范圍內(nèi)各層均存在低阻異常區(qū)，且其異常幅值較強(qiáng)，異常內(nèi)發(fā)育A5向斜和F10斷層，裂隙較為發(fā)育，分析上、下聯(lián)通的可能性較大；距切眼0～260 m之間，4#煤頂板上160 m范圍內(nèi)各層均存在低阻異常區(qū)，且其異常幅值較強(qiáng)，推斷該范圍內(nèi)裂隙較為發(fā)育，分析上、下聯(lián)通的可能性較大。從等視電阻率斷面圖可以看出，187號鉆孔處視電阻率值相對較低。從4#煤頂板上各巖層富水異常立體圖中可以看出，在距頂板上30～110 m之間，該鉆孔附近均存在富水異常區(qū)，分析187鉆孔導(dǎo)水的可能性較大。

驗證情況：在B號異常處進(jìn)行了鉆孔驗證，出水量較大，且在后期回采揭露，回采至B號異常附近，工作面涌水量明顯增大，由此可見物探解釋成果與實(shí)際揭露情況基本相符，成果可靠。

圖5 4#煤頂板上各巖層富水異常立體圖

4 結(jié)語

采用直流電法勘探，結(jié)合已知鉆孔、水文地質(zhì)、槽波資料及相鄰工作面進(jìn)行綜合分析，解釋了工作面頂板砂巖水的賦存位置、評價了工作面內(nèi)部隱伏導(dǎo)水通道上下聯(lián)通情況以及工作面內(nèi)部鉆孔導(dǎo)水性等。通過鉆探及后期回采揭露資料，成果可靠，效果顯著。實(shí)踐表明，直流電法勘探是煤礦井下水文探測較為理想且行之有效的物探方法之一，可為煤礦井下防治水提供有效的技術(shù)支持。