井下直流電法勘測底板富水性的實踐

文/喬瑤峰蔣偉峰

井下直流電法勘測底板富水性的實踐

文/喬瑤峰蔣偉峰

鄭煤集團米村礦現已進入開采后期，隨著邊角煤的回收，臨近大斷層煤柱工作面開采，地質條件日復雜，次生、派生斷裂構造發育，極易誘發水害事故。為此，必須要查清工作面構造及底板含富水性情況。但傳統鉆探對于目標盲目情況，工作量大且施工困難。而利用物探方法，能夠簡便、快速、直觀地查清工作面構造及底板含富水性特征，井下直流電法是目前采用的最主要物探技術之一。

一、井下直流電法原理及方法

1.基本原理

礦井直流電法屬全空間電法勘探。它以巖石的電性差異為基礎，在全空間條件下建場，在地下巷道中進行電法測量工作，地下電流通過布置在巷道內的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間穩定電場，該穩定電場特征取決于巷道周圍巖石的電性特征及其賦存狀態，測量該電場的變化規律，使用全空間電場理論處理和解釋，找到巷道周圍巖石中引起電場變化的水文、地質構造等規律。

2.理論依據及勘探方法

在一定的范圍內，大地的表層可以看作是“半無限均勻介質”，地表供電電極將在地表一定深度范圍內按特定規律分布電場、電流和電壓。直流對稱四極法就是通過一定供電電極向地下供電,測量地表電流與電壓來計算地下電阻率值。

直流對稱四極法是研究某一深度方向地層電性變化的規律，從而獲得該深度方向上地層中各種地質信息的一種物探方法（見原理圖）。它是在同一點逐次增大供電電極距，使勘探深度由小逐漸變大，觀測測量點附近沿深度方向由淺到深巖石電阻率的變化特征。它主要用于研究解決電性分層和水文地質問題。

井下電法探測原理圖

3.數據處理

使用煤炭科學院西安分院winXP直流電法處理系統將數據傳輸入計算機，利用配套超前探測處理解釋軟件進行數據處理，然后在surfer8軟件中成圖，對成果資料進行解釋。

二、底板富水性勘測

1.勘測過程

米村礦進入開采后期，要進行邊角煤的回收，28091工作面沿張灣斷層保護煤柱布置。張灣斷層傾向NW，傾角60°，落差160m～260m，若工作面掘進過程中揭露次生、派生斷裂構造發育且與張灣斷層聯通且導水，誘發深部強含水層涌水，小則造成工作面停產，大則造成礦井被淹或人員傷亡等重大水災事故。因此，首先要探明工作面回采巷道底板含富水性情況，但打鉆探測工作量大且施工困難，經研究決定采用井下直流電法物探技術對巷道底板含富水性情況進行勘測。

以28091工作面上副巷一次勘測為例。從上副巷口向里40m開始布設測點，沿上副巷往里依次布設，布極方法：每隔20m布置一個測點，每一測點對稱布設供電電極A、B和接收電極M、N，初始OA=4m，A、B極以4m增量跑極，初始OM=1m，M、N以1m增量跑極，每個測點視觀測深度選擇跑極次數；共布設測點11個，探測巷道260m；最大測深40m，最小測深4m。

28091工作面上副巷直流電法測深剖面圖

2.勘測結果（見28091工作面上副巷直流電法測深剖面圖）

圖中顏色較藍部分為低阻異常區，數字代表距上副巷口距離。從上副巷探測剖面圖中看出：中副巷低阻異常區零星分布，范圍較小，具體位置分別為距上口點40～60m、110～138m、175～185m、210～225m四段。其中第一段阻值相對較小，可能為局部底板富水影響所致；第二段、第三段異常區范圍小，且阻值大多在60以上，可能為受28081工作面采動影響，局部底板裂隙含水影響所致；第四段異常區距離斷層較近，可能為底板裂隙含水影響所致。

三、結果驗證

28091工作面上副巷經直流電法探測后，根據探測結果，針對以上對低阻異常區，施工5個鉆場、22個鉆孔進行了打鉆驗證及注漿加固工作，22個鉆孔均有涌水現象，最大水量達80m3/h。除去因打鉆注漿加固煤層底板時涌水遷掉部分，回采過程中工作面沒有底板涌水現象發生。驗證結果與探測結果吻合。

四、結論

通過在臨近大斷層工作面實施井下直流電法物探，以較高的準確率勘測出了底板含富水性情況，減少了鉆探工程量，節省了成本，提高了工作面回采速度，確保了安全生產。實踐證明，井下直流電法物探簡便、快速，能夠滿足生產和技術要求，具有廣闊的發展前景。

（作者單位：河南鄭煤集團）

（責任編輯：李元）