綜合物探技術在礦井工作面底板巖層含水性探測中的應用

張長明 劉 英 劉耀寧

（1.陽泉煤業(yè)（集團）有限責任公司五礦，山西省陽泉市，045000；2.中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，江省蘇徐州市，221116；3.中國礦業(yè)大學深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室，江蘇省徐州市，221008）

綜合物探技術在礦井工作面底板巖層含水性探測中的應用

張長明1劉 英2，3劉耀寧2，3

（1.陽泉煤業(yè)（集團）有限責任公司五礦，山西省陽泉市，045000；2.中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，江省蘇徐州市，221116；3.中國礦業(yè)大學深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室，江蘇省徐州市，221008）

介紹了將瞬變電磁技術和礦井音頻電透視技術結合使用探查某工作面煤層底板巖層的賦水情況。結果表明，兩種方法結合使用，可以充分發(fā)揮兩種方法的技術優(yōu)勢，提高物探手段勘察的精度，利用綜合物探技術比單純利用一種物探方法的勘探精度得到了提高。

綜合物探 礦井防治水 瞬變電磁技術 音頻電透視技術

礦井瞬變電磁技術以及礦井音頻電透視技術均為目前應用較為廣泛的物探技術之一。瞬變電磁法對低阻體反應靈敏，然而在巷道內抗干擾能力相對較弱，音頻電透視技術的抗干擾能力相對較強。本文將以陽煤集團五礦8403工作面綜合物探結果為例，分析綜合物探技術在礦井防治水工作中的優(yōu)勢。

1 地質概況

陽煤集團五礦8403工作面開采15＃煤層，工作面走向長度979～963m，平均971m。采長220m，煤層厚度7.4～10.85m，煤層傾角2～15°。工作面煤層結構復雜，含矸2層，根據鉆孔及巷道揭露，煤層有厚度大于1.0m的夾矸存在，巖性為泥巖。煤層直接底為灰黑色砂質泥巖，厚度0.5～2.7m，上部含大量植物碎片化石和少量黃鐵礦，中部夾粉砂條帶。老底為灰色細砂巖，性脆，局部夾薄層泥巖，厚度4.45m。

統(tǒng)計分析五礦電測井資料可知，灰?guī)r、粉砂巖、細砂巖與中砂巖間存在一定的電性差異，砂巖與煤層、泥巖間的電性差異明顯。不同巖性地層電阻率大小關系大致為：泥巖＜泥質粉砂巖＜細砂巖＜粗砂巖＜煤層＜灰?guī)r。煤系地層的富水性對其導電性影響最為關鍵。當巖石裂隙發(fā)育且不含水時，電阻率將明顯增大，而巖石裂隙發(fā)育且含水時，電阻率將明顯減小。綜上所述，煤層底板巖層構造裂隙發(fā)育且含水時與不含水巖層電性差異明顯，因此，8403工作面具備采用礦井瞬變電磁法勘探煤層底板富水異常區(qū)的條件。

2 綜合物探技術的應用

2.1 礦井瞬變電磁技術應用

由電磁波發(fā)射理論可知，依據多匝小線框發(fā)射電磁場的方向性，可認為線框平面法線方向即為瞬變探測方向。礦井瞬變電磁探測測點布置在工作面進風巷和回風巷內，測點點距為10m，每個測點分別以兩個探測方向向煤層底板進行探測，即先以發(fā)射天線平面與底板平面呈30°角進行探測，以此反映工作面底板深部的地質信息，然后再以60°角進行探測，以此反映工作面底板淺部的地質信息，如圖1所示，這樣即可探測工作面底板一定深度范圍內的地質異常及其富（含）水情況。

圖1 瞬變電磁法探測方向及范圍示意圖

2.2 礦井音頻電透視技術應用

音頻電透視技術井下應用采用單極（供電）—偶極（接收）裝置工作，施工布置示意圖見圖2，即一個供電極（A極）位于工作面一側巷道內某處，另一個供電極（B極）為無窮遠，測量電極對（M、N極）位于工作面另一巷道內，在與供電極（A極）正對位置兩側一定范圍內（該范圍的大小與工作面寬度有關）多點接收，M、N極一般布于巷道兩側的煤壁，為保證測量的可靠性，M、N極必須與煤壁接觸良好。供電極一次可以布設多個（供電極系），其間距可依探測目標的規(guī)模和探測精度要求而定。在同一點接收時，相鄰多個供電極依次供電，既能保證一定的觀測覆蓋率也可提高工作效率。

圖2 礦井音頻電透視施工布置示意圖

2.3 探測成果

圖3 礦井瞬變電磁探測結果示意圖

礦井瞬變電磁法視電阻率等值線斷面圖見圖3，橫坐標為測點坐標，縱坐標為沿探測方向上深度坐標。結合地質和水文地質資料，確定探測區(qū)域內橫向、水平深度和垂向深度上巖層電性變化情況。在進行資料解釋時，異常的劃分標準主要根據視電阻率等值線斷面圖上電阻率值的相對大小與分布范圍、煤層底板巖層富水體的賦存特點以及本礦以往瞬變電磁法探測經驗確定。根據進風巷、回風巷兩個方向上的探測結果，綜合以上分析可知，在工作面底板存在5個水文異常區(qū)域，即：A＃、B＃、C＃、D＃和E＃。

礦井音頻電透視成果圖件是以探測層段巖層視電導率為參數進行分析、解釋的。在地層垂向結構相同、橫向相對均一的情況下，視電導率值越高說明地層的含水性越強。

為了更加的符合實際情況，以及便于對比分析兩種方法的探測效果，本次處理結果將視電導率數據轉換為視電阻率值，處理結果如圖4。根據視電阻率分布情況，劃定A＃、B＃2處低阻異常區(qū)域，如圖中虛線圈定位置。

圖4 礦井音頻電透視探測結果示意圖

3 綜合物探結果及分析

對比分析兩種方法的探測結果，可以明顯看到，有兩處區(qū)域基本重合，結合礦井音頻電透視的解釋結果，對瞬變電磁解釋成果圖進行修正之后，最終保留A＃、C＃、D＃3處異常區(qū)域，見圖5，其中，A＃、D＃2處異常區(qū)域與礦井音頻電透視的探測結果基本重合。

在瞬變電磁探測結果中，C＃異常區(qū)域分布范圍較大，視電阻率值相對較低，而在礦井音頻電透視探測結果中沒有反應，根據多年來瞬變電磁法資料解釋的經驗以及礦井水文地質的特殊分布條件，推測該處也為低阻異常區(qū)，建議與鉆孔結合進行判斷。

在瞬變電磁探測結果中，B、E兩處也是低阻異常區(qū)域，見圖3，而在音頻電透視結果圖中反應均不明顯，結合井下記錄，在B、E異常位置巷道內均有鐵料堆積，判斷這兩處異常并非工作面底板電性條件的真實反應，而是受巷道內堆積的鐵料影響。

在打鉆孔驗證時，為了安全起見，并考慮到瞬變電磁B＃異常范圍較大，故在該處也進行了鉆探，如圖5中4＃鉆孔位置。最后通過1＃、2＃、3＃和4＃鉆孔驗證，A＃、C＃兩處異常有少量出水，D＃異常出水量較大，4＃鉆孔基本為干孔，與綜合物探的探測結果基本吻合。

圖5 綜合物探結果示意圖

4 結論

礦井瞬變電磁法工作效率高、施工迅速，無需進行復雜的施工前期準備，對礦方工作進度影響小。該方法對各種低阻反應靈敏，但是巷道內各種金屬干擾對其探測結果的影響較大。在數據解釋工作中要求技術人員具備豐富的資料解釋經驗才能更有效地排除非地質因素引起的低阻異常。礦井音頻電透視技術抗干擾能力較強，在排除非地質異常引起的干擾方面恰能彌補礦井瞬變電磁的缺陷。

礦井綜合物探技術利用了兩種方法的優(yōu)勢，對瞬變電磁結果中的低阻異常信息可利用礦井音頻電透視的探測結果進行對比排除，不再單純依靠技術人員經驗排除干擾，從而得到更加客觀準確的探測結果。同時兩種方法進行綜合解釋也能夠查明礦井音頻電透視探測結果中不易察覺的低阻異常（如圖5中C＃異常區(qū)域），保證礦方防治水工作的正常進行。本次工程實例的探測結果表明，綜合物探的結果準確，相對單一方法的可靠性更高。

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Application of integrated geophysical technologies in water－bearing property prospecting in mine working face floor

Zhang Changming1，Liu Ying2，3，Liu Yaoning2，3
（1.No.5Coal Mine，Yangquan Coal Industry（Group）Co.，Ltd.，Yangquan，Shanxi 045000，China；2.The School of Resource and Earth Science，China University of Mining ＆Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China；3.State Key Laboratory for Geomechanics ＆Deep Underground Engineering，China University of Mining ＆Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China）

In this paper，TEM and audio－frequency electrical penetration technique are used jointly to probe the water content in floor strata of some working face.The final detection results show that the joint utilization of the two methods can exert their technology advantages and improve the accuracy of geophysical exploration；the integrated geophysical technology is better than simple method in accuracy of geophysical exploration.

integrated geophysical exploration，mine water control，transient electromagnetic method（TEM），audio－frequency electrical penetration technique

P631

A

張長明（1963－），男，陽泉煤業(yè)集團有限責任公司五礦總工程師助理，從事礦井地質和礦井防治水工作。

（責任編輯 張毅玲）