綜合物探技術在屯蘭礦18207工作面的應用

王 芳

綜合物探技術在屯蘭礦18207工作面的應用

王 芳

(西山煤電(集團)有限責任公司地質處，山西 太原 030053)

通過應用高密度電法、瞬變電磁法、無線電波坑透法等綜合物探方法對屯蘭礦18207采煤工作面進行探測，推測探測范圍內的煤層底板巖層較為完整，沒有明顯的破碎充水帶;古交斷層(F23)的富水性較弱;工作面內未發現明顯的落差大于煤厚的斷層，斷層構造對工作面回采影響較小。

綜合物探;高密度電法;瞬變電磁法;無線電波透視法

1 概況

屯蘭礦18207工作面走向長1 765 m，傾向寬201 m，井下位于南二盤區左翼。北與28105工作面相鄰，南與古交斷層相接，東接南二下組煤回風巷，西與南二軌道巷相鄰(見圖1)。工作面上部為2#煤采空區。該面回采的 8#煤層厚 2.80～3.64 m，平均3.52 m，煤層結構復雜。該工作面帶奧灰水壓開采，奧灰水靜水位標高+807.44 m，8#煤層底板標高為640 ～710 m。帶壓1.67～2.5 MPa，突水系數0.04 ～0.070 8 MPa/m。

圖1 18207工作面示意圖

工作面南部的古交斷層(F23)為正斷層，斷層走向 N42°～50°E，傾向 NW，傾角 58°～80°，斷距 50 ～160 m。工作面沿古交大斷層一側將承受更大垂向和側向奧陶系水壓，斷層走向、傾向及其在深部的發育特征、富水程度直接影響著工作面的安全開采。

為研究與評價該工作面帶壓開采及構造導水性等問題，回采前采用了直流電法、瞬變電磁法、無線電波透視法等綜合物探技術進行了探測研究，從而為工作面防治水措施的制定提供依據。

2 綜合物探技術應用

2.1 高密度電法

2.1.1 儀器及參數選擇

本次高密度電法勘探使用重慶煤科院生產的防爆型高密度儀器，數據采集由微機控制，自動記錄和存儲，電極轉換由電極集線器自動完成。

2.1.2 測線及測點布置

本次探測在18207工作面回風巷內進行，第一條測線布置于T63鉆孔周圍200 m范圍，鉆孔位于31#和32#電極之間;第二條側線布置于17#導向(線)點處的斷層前后200 m范圍，斷層斷面穿過32#與33#測點之間。測點設計電極距5 m，每條測線布置64個電極，采用溫納裝置型式，隔離系數為20，每條測點采集數據650個，探測橫向距離315 m。

2.1.3 資料處理解釋

2.1.3.1 T63鉆孔直流電法資料處理解釋

本次高密度測線布置于T63鉆孔兩側各100 m范圍內，視電阻率擬斷面圖見圖2，視電阻率反演成 果圖見圖3。

本站測線上的電極接地條件良好，采集數據質量較高。圖2，3中縱坐標為探測深度，橫坐標為測線長度。由圖2，圖3可以看出，在勘探深度25 m以下范圍，底板巖層較為完整，形成一個明顯的高阻分界面。需要注意的是，鉆孔左側40～100 m范圍內出現了一處較為明顯的低阻異常區域，結合井下記錄發現，這一區域巷道內有較多的積水和淤泥，對數據的采集造成了一定的影響，但是仍然可以看出，低阻區域向深部趨于閉合，未向深部延伸發展。此外橫坐標160 m處的低阻區域范圍較小，為封閉狀態，不與深部發生聯系。因而可以推斷，測線范圍內的底板巖層較為完整，沒有明顯的破碎充水帶。

2.1.3.2 斷層高密度電法資料處理解釋

本次高密度電法測線布置于斷層斷面兩側各100 m范圍內，共設64個電極，電極距5 m，采用溫納裝置測量，隔離系數設置為20。采集數據之后，利用Surfer軟件對資料進行處理，生產視電阻率擬斷面圖見圖4，采用瑞典Res2dinv軟件進行視電阻率反演，生產反演成果圖見圖5。

本站測線上的電極接地條件較差，對采集數據的質量造成了一定的影響。盡管如此，從圖3，圖4中仍然可以看出較為清晰的高阻分界面，在斷層附近，底板巖層隆起，形成明顯的分界面。圖4中縱坐標為探測深度，橫坐標為測線長度。橫坐標70 m和200 m范圍出現的兩處低阻的異常區域均為封閉狀態，未與深部導通。在橫向坐標280 m左右的地方，出現了一處較為明顯的低阻異常，結合井下記錄，這一區域巷道內有較多的積水和淤泥，對數據的采集造成了很大的影響，但是低阻的區域位于淺層位置，對回采的影響不大。

高密度電法資料可以得出，測線范圍內的底板巖層基本完整，僅有個別區域出現低阻區域，且低阻區域范圍較小，基本都位于淺層位置，或者呈封閉狀態，不與深部發生聯系，故此對回采結果影響不大。

圖6 瞬變電磁法勘探示意圖

2.2 瞬變電磁法

2.2.1 儀器及參數選擇

本次瞬變電磁勘探使用福建華虹公司生產的礦用防爆型瞬變電磁儀器。數據采集由微機控制，自動記錄和存儲，可實現數據回放。采用多匝2 m×2 m矩形重疊回線裝置，發射線框18匝，接收線框36匝，疊加次數32次。

2.2.2 測點布置

本次瞬變電磁探測工作在18207回風巷展開，從切眼開始以10 m點距布置測點，至13#導向點位置共布置126個測點，每點按圖6所示進行4個方向的探測，其中在鉆孔和斷層前后各100 m范圍以5 m點距進行加密。

成果圖中橫坐標為測線距離及測點號，縱坐標為探測深度。本次探測以20Ω·m為標準劃分異常區域。

2.2.3 資料處理解釋

2.2.3.1 D1 向資料處理解釋

D1探測方向的視電阻率等值線斷面圖見圖7，圖7中低阻區域主要集中于兩處地方，一處位于0～25#測點范圍內，第二處主要集中于40#～78#測點范圍內。其中0～10#測點底板堆放瓦斯管，頂板懸掛有隔爆水墻，局部底板積水，對探測結果有一定的影響，不能分辨是否為富水低阻異常，暫劃分為可疑區域，16#～25#測點之間無明顯的干擾，低阻區域較為連續，異常面積較大，故該區段低阻異常推測為富水低阻異常。42#～53#測點之間為高密度測線所在區域，該區域無明顯干擾，僅在局部有淤泥存在，低阻區域相對連續，異常面積相比上一處較小，該區段低阻異常推測為富水低阻異常。56#～61#測點和71#～77#測點兩處低阻區域相對連續，異常面積較小，同時探測條件較好，無干擾，故解釋為兩處富水低阻異常。其他零星低阻異常未作含水異常解釋。其他區間段等值線變化平緩，橫向分布連續均一，電阻率值高于20Ω·m，未出現相對低阻異常。

圖7 D1探測方向視電阻率等值線斷面圖

2.2.3.2 D2 探測方向資料處理解釋

D2探測方向的視電阻率等值線斷面見圖8，圖8中等值線變化平緩，橫向分布連續均一，未出現相對低阻異常。僅在7#和52#兩處測點附近出現零星的低阻異常，由于視電阻率值略高于劃分標準，且異常范圍小，比較孤立，加之上述區域存在一定干擾因素，故未解釋為富水異常。除此之外，其他區間段電阻率值高于20Ω·m，未出現相對低阻異常。

圖8 D2探測方向視電阻率等值線斷面圖

2.2.3.3 D3 探測方向資料處理解釋

D3探測方向視電阻率等值線斷面圖見圖9。圖9中7#～8#測點和81#測點存在兩處狹窄的低阻區域，呈條帶狀，較為孤立，且存在干擾因素，故排除含水低阻異常。第一個加密區段為T63鉆孔高密度測線區段，這一范圍內等值線較為均勻，沒有出現低阻異常，與高密度結果相比，吻合較好，底板巖層較為完整，不存在明顯的破碎充水帶。第二個加密區域為斷層高密度測線區段，在斷層面的位置處出現一個小范圍的低阻異常，位于101#～104#測點之間，說明斷層局部可能富水，同時，在這一區域頂板有滴水現象，同高密度結果相比較，對斷層面的反映較為一致。故此把這一區段的低阻異常推測為富水低阻異常。其他零星低阻異常未作富水異常解釋。除此之外，其他區間段等值線變化平緩，橫向分布連續均一，電阻率值高于20Ω·m，未出現相對低阻異常。

圖9 D3探測方向視電阻率等值線斷面圖

2.2.3.4 D4 探測方向資料處理解釋

D4探測方向的視電阻率等值線斷面圖見圖10。圖10中D4探測方向的視電阻率等值線斷面圖中等值線變化平緩，橫向分布連續均一，未出現相對低阻異常。在7#測點附近出現狹窄條帶狀低阻異常，且異常范圍小，較孤立，加之上述區域存在干擾因素，故未解釋為富水異常。其他零星低阻異常未作富水異常解釋。除此之外，其他區間段等值線變化平緩，電阻率值高于20Ω·m，未出現相對低阻異常。

2.3 無線電波坑透

2.3.1 儀器及參數選擇

本次無線電波坑透使用重慶煤科院生產的礦用防爆型坑透儀器WKT－E，數據采集微機控制，自動記錄和存儲。無線電波坑透發射點距50 m，發射電流80 mA，采用0.5 MHz天線。

2.3.2 測點布置

本次無線電波坑透發射點間隔50 m，接收點間隔10 m。在兩個順槽共布置發射點49個，接收點539個。每個發射點接收11次。

圖10 D4探測方向視電阻率等值線斷面圖

2.3.3 資料處理與解釋

坑透資料解釋采用相對衰減層析成像方法對實測資料進行了電磁層析成像反演。相對衰減層析成像圖見圖11。

圖11 18207工作面相對法層析處理成像色塊圖

圖11 中主要存在2處衰減異常。第一處衰減異常范圍在回風巷始于70#測點，終止于75#測點，在進風巷也位于70#測點。

根據其所處位置推測：回風巷揭露的落差1.8 m和斜切眼揭露的落差4.5 m的2條斷層(GD3和XQ1)造成了該衰減條帶，與上述2處揭露斷層吻合情況較好。

從衰減情況看，該斷層發育較單一，無伴生小斷層，斷層上下兩盤煤層較為完整。第二處衰減異常范圍較大，在回風巷起始于105#測點，終止于125#測點，在進風巷起始于95#測點，終止于125#測點，較強的衰減條帶交織在一起，形成大面積衰減異常，推測有2處異常，編號F4和F5，其中F5異常與巷道斷層(GD4)揭露情況吻合，即高密度測線處的異常，從衰減情況看，此條斷層已延展于工作面內部，但發育較為簡單，伴生小斷層的可能性不大。

解釋結果為：工作面兩順槽及切眼共揭露斷層10條，本次解釋斷層6條。具體見成果圖12。

圖12 18207工作面無線電波坑透成果圖

依據巷道揭露地質條件及坑透實測場強曲線綜合分析，可以得出以下地質結論：

1)探測結果與兩道揭露情況基本一致。軌道巷揭露的GD1和GD2斷層與切眼揭露的Q1和Q2斷層在成果圖上都有反應，但向工作面里延伸很短。總體來說，從斜切眼到切眼的工作面里斷層較少，且落差不大，但從斜切眼到停采線的工作面里斷層較多，且斷層落差較大。

2)F1為皮帶巷揭露的PD1斷層向工作面內延伸，延伸長度約100 m，面內斷層落差：H＜1/2煤厚。F2為皮帶巷揭露的PD2斷層向工作面內延伸，延伸長度約50 m，面內斷層落差：H＜1/2煤厚。

3)F3為軌道巷揭露的GD3斷層向工作面內延伸，延伸長度約130 m，面內斷層落差：H＜1/2煤厚。另外由于斜切眼和斜切眼揭露的XQ1斷層的影響，造成在斜切眼的中部出現異常區。

4)F4為皮帶巷揭露的PD3斷層向工作面內延伸，延伸長度約200 m，面內斷層落差：H＞1/2煤厚。F5為軌道巷揭露的GD4斷層向工作面內延伸，延伸長度約120 m，面內斷層落差：H＞1/2煤厚。另外由于皮帶巷PD3斷層和軌道巷GD4斷層在工作面里影響，造成這2條斷層之間出現許多假的異常。

2.4 綜合解譯

1)高密度電法結果顯示，T63鉆孔和斷層左右各100 m范圍內的底板巖層較為完整，未發現明顯的充水裂隙帶，與瞬變電磁法D3探測方向結果吻合情況較好;兩種方法對斷層位置的反映均比較明顯。

2)瞬變電磁法結果顯示，D1探測方向，即古交斷層探測方向出現4處低阻區域(0～10#測點，16#～25#測點，42#～53#測點，56#～61#測點)，說明古交斷層局部含水，但由于異常區范圍較小，并未出現大范圍的連續低阻異常區，加之低阻區域的視電阻率值一般都大于10，小于20，未出現明顯的較低阻值，故推測古交斷層的富水性較弱。D3探測方向在巷道揭露的斷層位置處出現了一處低阻異常，且巷道頂板出現滴水現象，故解釋為富水低阻異常，該處異常與高密度結果吻合較好，對斷層位置的反映較為準確。除此之外，其他兩個探測方向的視電阻率斷面圖中均未出現低阻異常。

3)無線電波透視結果顯示，從切眼到斜切眼這一范圍內，工作面內未發現明顯的落差大于煤厚的斷層、陷落柱等構造，煤層情況較為簡單，零星出現的小范圍衰減異常，與巷道揭露或工作面內推測的斷層構造較為吻合，斜切眼之后的工作面內情況略微復雜一些，從電磁波衰減情況看，巷道內斷層已延展于工作面內部，但發育較為簡單，伴生小斷層的可能性不大。總體而言，斷層構造對工作面回采影響較小。

3 采勘對比

截至2012年1月，屯蘭礦18207工作面已由切眼向外安全回采約600 m。F23斷層及8#煤層底板無涌水，工作面涌水主要為放上部2#煤采空區積水。除無線電坑透中探測到的Q1、Q2斷層和PD1、PD2斷層外，未發現其它構造。

綜上所述，通過綜合物探解譯的關于8#煤層底板富水性、F23斷層兩盤富水性、8#煤層底板和F23斷層突水危險性以及工作面隱伏構造的探測和分析判斷，其結果與實際回采揭露情況吻合較好。

4 結論與建議

實踐證明，利用綜合物探技術對工作面底板含水層富水性、斷層富水特征及隱伏構造的探測效果明顯。建議在實際工作中針對不同的探測目標選取合適的物探方法，必要時多種物探方法并行，以求相互驗證，提高資料解釋的準確率。

［1］ 李金銘.地電場與電法勘探［M］.北京：地質出版社，2005：307－368.

［2］ 趙 晶，葛 堅.綜合物探新技術在任樓煤礦防治水工作中應用［J］.能源技術與管理，2011(4)：12－13.

［3］ 劉樹才，岳建華，劉志新.煤礦水文物探技術與應用［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2005：58－90.

Discussion on the Application of Comprehensive Physical Exploration Technology to Detecting 18207 Mining Face of Tunlan Coal mine

Wang Fang

By making use of integrated geophysical exploration，such as high density resistivity method，transient electromagnetic method and radio－wave penetration method，this article was to detect 18207 mining face of Tunlan coal mine and predicted the coal floor was more complete within the observation，which had no obvious broken water belt，aquifers of Gujiao Fault(F23)was low and the fault which its fall was more than coal seam thickness was not obviously found within 18207 mining face.

Comprehensive physical exploration technology;High density resistivity method;Transient electromagnetic method;Radio－wave penetration method

［TD12］

A

1672－0652(2012)02－0004－06

2011－12－16

王 芳(1972—)，女，陜西澄城人，1994年畢業于山西礦業學院，工程師，主要從事礦井地質及煤田地質的研究(E －mail)wwff_72@163.com