新景礦80111 工作面底板含水層富水性探測分析與研究

張維濱

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

1 概 況

山西新景煤業(yè)有限公司80111 工作面井下位于丈八一區(qū)南翼東部，工作面北部為80110 工作面采空區(qū)，東南部為張家?guī)r風(fēng)井，東部為80109 工作面掘進(jìn)工作面，西部為80113 工作面采空區(qū)，工作面走向長度為1 100 m，傾向長度為220 m，開采15號(hào)煤層，煤層厚度為5.53～7.77 m，平均厚度為6.45 m，煤層直接頂巖層為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為4.22 m，基本頂為石灰?guī)r，平均厚度為11.79 m，直接底巖層為砂巖泥巖，平均厚度為4.22 m。

工作面頂板上方K2、K3、K4 石灰?guī)r和砂巖層均為弱含水層，對(duì)工作面影響較小。根據(jù)礦井地質(zhì)資料可知，工作面區(qū)域奧灰水水位標(biāo)高為390—400 m，工作面煤層底板最低處為380 m，故局部屬于帶壓區(qū)域，煤層底板與奧灰含水層間的平均層間距為50m，具體工作面頂?shù)装搴畬优c隔水層的位置關(guān)系如圖1 所示。工作面回采期間受到奧灰水的威脅，為保障工作面的安全回采，進(jìn)行工作面底板含水層富水性探測分析。

圖1 工作面頂板、底板含水層示意圖Fig.1 Aquifer of working face roof and floor

2 底板含水層富水性探測方案

根據(jù)80111 工作面的地質(zhì)條件可知，工作面區(qū)域地層的沉積序列較為清晰，地層在橫向上相對(duì)比較均一，該種地質(zhì)條件為采用電法探測技術(shù)的研究提供了良好的物理前提。綜合目前國內(nèi)外的探測技術(shù)，確定此次工作面底板奧灰含水層富水性探測采用音頻電穿法和直流電法。

（1） 音頻電穿透法。從80111 工作面進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷和工作面開切眼位置處為起點(diǎn)，以10 m 為點(diǎn)距進(jìn)行編號(hào)標(biāo)點(diǎn)，進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)巷道內(nèi)各設(shè)置51個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，在工作面開切眼內(nèi)設(shè)置23 個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，共計(jì)布置1 256 個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)；測網(wǎng)密度設(shè)置為接收點(diǎn)距和發(fā)射電距分別為10 m 和50 m，每個(gè)發(fā)射電對(duì)應(yīng)15～26 個(gè)接收點(diǎn)，探測方案中共計(jì)布置22 個(gè)發(fā)射點(diǎn)，其中進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷分別布置11 個(gè)；施工時(shí)采用5 Hz 和10 Hz 雙頻點(diǎn)進(jìn)行測量。

（2） 礦井直流電法。在80111 工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷靠近工作面開切眼500 m 的巷道內(nèi)進(jìn)行探測作業(yè)，探測的總長度為1 000 m，探測深度為底板下方100 m，測點(diǎn)之間的間距為20 m。

具體80111 工作面底板奧灰含水層富水性探測工作量見表1。

表1 80111 工作面底板富水性探測Table 1 Water enrichment detection of bottom plate of 80111 working face

工作面底板含水層富水性探測方案中音頻穿透實(shí)際檢查點(diǎn)有30 個(gè)，共計(jì)布置物理測量點(diǎn)280 個(gè)；采用礦井直流電法進(jìn)行實(shí)際檢查點(diǎn)有80 個(gè)，共計(jì)設(shè)置物理測量點(diǎn)780 個(gè)。為分析檢測點(diǎn)設(shè)置的合理性，評(píng)價(jià)分析時(shí)采用的公式如下：

式中：n為檢測點(diǎn)的個(gè)數(shù)；ρi為第i 個(gè)點(diǎn)的原測值；ρ'i為第i 個(gè)點(diǎn)的檢測值。礦井直流電法和音頻電穿透法的相關(guān)數(shù)據(jù)代入到式（1），計(jì)算得出平均均方差分別為±4.7%和±4.2%，小于規(guī)定要求的±5%，表明探測布置方案合理。

3 探測結(jié)果分析與富水性劃定

3.1 探測結(jié)果分析

3.1.1 音頻電穿透法分析

音頻電穿透法主要以電導(dǎo)率進(jìn)行富水性的分析，根據(jù)80111 工作面底板不同深度處巖層的賦存特征，綜合判定底板70 m 和100 m 深度處異常閥值分別為3.0 S/m 和3.1 S/m，成果如圖2 所示。

圖2 底板70 m和100 m音頻電穿透成果Fig.2 Achievements of 70 m and 100 m audio frequency electric penetration of bottom plate

分析圖2（a） 可知，底板70 m 處在奧灰頂界面處發(fā)育著2 處視電阻率低阻異常區(qū)域，其中1號(hào)低阻異常區(qū)域位于進(jìn)風(fēng)巷切眼北170～500 m—回風(fēng)巷切眼北430～480 m，該異常區(qū)域條帶性一般，發(fā)育范圍及異常幅度均較??；2 號(hào)低阻異常區(qū)域主要位于工作面進(jìn)風(fēng)巷切眼北90～170 m—回風(fēng)巷切眼北100～300 m 附近，該異常區(qū)域條帶性較強(qiáng)，發(fā)育范圍較大，且異常幅度中等。

分析圖2（b） 可知，奧灰頂界面下100 m 附近存在3 處低阻異常區(qū)域，其中1 號(hào)低阻異常區(qū)位于進(jìn)風(fēng)巷切眼北470～500 m—回風(fēng)巷的切眼北430～470 m，該異常區(qū)域條帶性一般且發(fā)育范圍較小，異常幅度屬于中等；2 號(hào)低阻異常區(qū)域主要為工作面進(jìn)風(fēng)巷切眼北100～250 m—回風(fēng)巷切眼北90～310 m，該異常區(qū)域條帶形較強(qiáng)，發(fā)育范圍和異常幅度相對(duì)較大；3 號(hào)低阻異常區(qū)域主要位于工作面切眼中部50～130 m 處，該異常區(qū)域條帶性一般，發(fā)育范圍和異常幅度均較小。

綜合上述分析可知，其中1 號(hào)異常區(qū)域在兩側(cè)層位的異常范圍及強(qiáng)度變化情況不大，且異常區(qū)域范圍較小；2 號(hào)異常區(qū)域向底板深部發(fā)育范圍逐漸變大，異常強(qiáng)度也逐漸變大，表明異常區(qū)域連通性局部較好，且向下的破壞帶范圍逐漸增大；3 號(hào)低阻異常區(qū)域僅在底板100 m 深度，在底板70 m 深度未體現(xiàn)。

3.1.2 礦井直流電法分析

礦井直流電法主要通過繪制視電阻率異常斷面圖進(jìn)行垂直方向上的異常區(qū)域解釋，工作面底板直流電法視電阻率等值線和低阻異常斷面如圖3 所示。

圖3 礦井直流電探測結(jié)果Fig.3 Mine direct current detection results

分析圖3 可知，工作面進(jìn)風(fēng)巷區(qū)域發(fā)育著3 處視電阻低阻異常區(qū)域，其中1 號(hào)異常區(qū)域主要位于工作面切眼北470～500 m；2 號(hào)異常區(qū)域主要發(fā)育在切眼北350～430 m 和200～300 m；3 號(hào)異常區(qū)域主要位于工作面切眼北0～20 m 處。

通過分析異常斷面圖能夠看出，1 號(hào)異常區(qū)主要位于向斜北翼，該異常區(qū)域的發(fā)育范圍較小，異常區(qū)域強(qiáng)度較弱，推斷該異常區(qū)域主要受到向斜構(gòu)造的影響導(dǎo)致裂隙較為發(fā)育；2 號(hào)異常區(qū)域位于向斜軸附近，該異常區(qū)域發(fā)育范圍較大，異常強(qiáng)度較強(qiáng)，且異常區(qū)域的中心位于深部奧灰?guī)r段，異常區(qū)域存在著向上延伸的趨勢，推測該異常區(qū)域是受到向斜構(gòu)造的影響導(dǎo)致裂隙較為發(fā)育；3 號(hào)異常區(qū)域主要位于切眼附近，該異常區(qū)域發(fā)育范圍小、異常強(qiáng)度弱，異常中心位于深部奧灰層段，該段異常的主要原因同樣為向斜構(gòu)造影響。

為準(zhǔn)確判定工作面底板含水層的富水性，針對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行橫向切片，分析異常區(qū)域在30、60、100 m 深度處的低阻異常，如圖4 所示。

圖4 異常區(qū)域底板不同深度平面圖Fig.4 Different depth planes of floor in abnormal area

分析圖4 并結(jié)合礦井15 號(hào)煤層采掘工程平面圖，此次探測作業(yè)2 號(hào)低阻異常區(qū)域?yàn)樘綔y的主要異常區(qū)域，主要受向斜構(gòu)造影響，由于煤層底板下砂泥巖層的隔水層相對(duì)較為破碎，在向斜軸部附近深部奧灰?guī)r存在著較為明顯的低阻異常，推測該低阻異常主要是受到向斜構(gòu)造的影響導(dǎo)致。另外1 號(hào)低阻異常區(qū)域位于奧灰頂界面附近，3 號(hào)低阻異常區(qū)域位于奧灰頂界面以下。

3.2 富水性劃定

音頻電穿透法和礦井直流電法得出的1 號(hào)、2號(hào)和3 號(hào)異常區(qū)域的平面位置基本吻合，結(jié)合礦井地質(zhì)資料得出底板含水層富水性綜合探測成果，如圖5 所示。

圖5 工作面底板含水層富水綜合成果Fig.5 Comprehensive results of water abundance in floor aquifer of working face

4 結(jié) 語

根據(jù)新景礦80111 工作面的地質(zhì)水文條件，基于工作面與底板奧灰含水層間巖性賦存特征，采用音頻電穿透法和礦井直流電法進(jìn)行底板富水性探測分析，分析探測結(jié)果得出底板含水層主要存在3 處富水區(qū)域，其中1 號(hào)異常區(qū)域發(fā)育范圍小、異常強(qiáng)度較弱，2 號(hào)異常區(qū)域的發(fā)育范圍相對(duì)較大、異常強(qiáng)度較強(qiáng)，3 號(hào)異常區(qū)域在奧灰頂界面以下發(fā)育范圍較小，奧灰頂界面附近發(fā)育范圍較大，并給出富水區(qū)域位置及發(fā)育特征，為工作面的安全回采提供指導(dǎo)。