淺談斷層活化導水動態監測的應用

摘 要：介紹了唐口煤業礦井利用直流電并行電法對工作面回采期間斷層活化導水情況動態監測的應用，利用WBDPro電阻率數據解析系統處理數據，利用surf8.0軟件進行輔助成圖結合現場實際分析采掘活動引起斷層活化的突水危險性，及時采取措施有效防止突水事故發生。

關鍵詞：斷層活化；動態監測；并行電法

引言

為防止采動過程中DF139斷層與濟寧斷層活化導通奧灰水，造成突水事故，唐口煤業公司引進并行電法勘探在4309工作面開采過程中對DF139斷層及濟寧斷層進行監測，以便及時發現斷層活化現象，方便采取相應措施，有效防止了突水事故的發生。

1 并行電法系統的工作原理

并行電法儀的起點是高密度電法勘探。高密度電法儀是在傳統電法儀的基礎上加上了單片機電極轉換控制系統，通過多芯電纜與電極的連接來構成，整套系統只有一個A/D轉換器，導致其只能串行采樣。要實行并行采樣就必須使每一電極都配備A/D轉換器，能自動采樣的電極相當于智能電極，智能電極通過網絡協議與主機保持實時聯系，在接受供電狀態命令時電極采樣部分斷開，讓電極處于AB供電狀態，否則一直工作在電壓采樣狀態，并通過通訊線實時地將測量數據送回主機。通過供電與測量的時序關系對自然場、一次場、二次場電壓數據及電流數據自動采樣，采樣過程沒有空閑電極出現。智能電極與網絡系統結合，實現了并行電法勘探，完全類似于地震勘探的數據采集功能，從而大大降低了電法數據的采集成本。根據電極觀測裝置的不同，并行電法數據采集方式分為兩種：AM法和ABM法。利用并行電法儀采集的數據可以進行高密度電阻率法和高分辨地電阻率法解釋，也可以進行二維和三維電阻率成像解釋。

2 測線布置與數據采集

2.1 測線布置

為更好地觀察4309工作面開采過程中DF139、濟寧斷層活化情況，擬在4309工作面皮帶順槽布置1個電法監測站，了解斷層的變化導水規律。針對工作面的實際情況，在皮帶順槽、切眼及軌道順槽中具體位置布置電法測線。

從軌道順槽切眼向外50m位置開始，沿4309工作面軌道順槽外幫底板經切眼至皮帶順槽切眼向外180m位置結束施工電法監測溝。監測溝需向下開挖至煤層底板下50cm，測線溝長度為320m。電極安裝時，現場在電極溝內每5m施工一個深度約為30cm電極眼，并用炮泥塞滿。電極安裝結束后，測線上方用4cm厚木板覆蓋，防止一般機械損傷測線。圖1為電極溝布置示意圖。圖2為電極布置空間分布圖。

圖1 電極溝布置示意圖

2.2 數據采集

從2012年4月12開始，到2012年5月26日采集結束，共采集數據35次，每次采集分別使用恒流時間0.5s、2s，采樣間隔為50ms、100ms、每中采集模式每次至少采集一組數據。選定一組數據質量較高的進行視電阻率成圖等處理。

2.3 數據處理

由于并行電法數據采集方式采用了并行采集，數據量大，且為全電場觀測，因此在數據處理技術與處理流程上有獨特的特點。數據處理采用的是“WBDPro電阻率數據解析系統”。并選用了surf8.0軟件進行輔助成圖。

本次井下數據主要采用了AM裝置形式，因此可以采用“二極法處理”“三極法處理”；控制參數中開關影響時間為100ms，數據為全空間，深度系數為0.5。測點坐標主是指電極坐標（X，Y，Z），本次處理時以皮帶順槽與切眼交匯點（即27#電極位置）為坐標零點，沿皮帶順槽指向工作面回采推進方向為X正方向，軌道順槽方向為Y正方向，Z正向為頂板方向。數據解編時，電流值與電位值均采用均值法進行疊加處理。解編后將不吻合地電場規律的電流值與電位值剔除。經過上述處理后進入視電阻率計算模塊。和常規電法視電阻率計算公式相同。在計算完視電阻率后進行成圖。為了進一步獲取底板裂隙帶發育深度的發育范圍，需用當日的視電阻率值與背景值進行做差，求取其視電阻率變化，使用視電阻率差值進行成圖。

3 成果分析

根據生成的視電阻率等值線圖，結合現場情況，切眼位置未見突水前兆，該低阻區為工作面噴水降塵及切眼位置鉆探所使用廢水綜合作用的結果。從巖性角度分析，該地層隸屬于二疊系山西組，主要巖性為灰～灰黑色粉砂巖、泥巖，淺灰色中、細砂巖，灰巖等，可能局部含水。該煤層直接底板為平均厚度為1.2M的泥巖，老底為粘土質細砂巖，因此該低阻區還受砂巖裂隙水影響。通過直流電法超前探查明DF139斷層及濟寧斷層的活化情況。根據超前探資料在DF139斷層及濟寧斷層附近，視電阻率相對較高，斷層富水性較低。將以后隨著煤層回采所采集的地電場視電阻率數據與此進行比較，視電阻率上升視為較安全，視電阻率下降則視為具有突水危險性，需加強工作面巡查，并對低阻區進行探查，查明視電阻率減小的原因，防止突水事故發生。

4 結論及建議

4.1 結論

根據對4309工作面自切眼開始150m長的監測資料進行分析，得出如下結論：

（1）4309工作面經歷36天，共回采155m。在回采過程中，通過直流電法超前探對DF139斷層及濟寧斷層的監測，未發現明顯阻值異常，斷層富水性弱，未見活化導水特征，該范圍突水危險性低。

（2）工作面回采過程中，剛開始回采時，回采速度為3～5m/d時，底板裂隙帶發育不完全，裂隙帶深度為10～16m，超前破壞范圍約為8～14m；工作面內有小斷層發育時，回采速度為6～7m/d時，在斷層帶位置，底板裂隙帶發育深度為20～24m；工作面停采一周后，底板裂隙帶發育最大深度約為26m；重新壓實區滯后于工作面回采位置后方60m。底板裂隙帶發育范圍與工作面寬度及回采速度等有關，工作面寬度越大，回采速度越慢，底板裂隙帶發育范圍越大。

（3）通過對DF139斷層及濟寧斷層的視電阻率監測，表明在3上煤層DF139斷層附近防水煤柱為75m，工作面寬度為90m，平均采高為2.7m，平均回采速度為7～8m/d的前提下，回采是安全的。

4.2 建議

（1）本次動態探測中，在監測范圍內未見DF139及濟寧斷層活化導水現象。DF139斷層及濟寧斷層對于本次工作面回采不構成威脅。在繼續回采過程中，應加強水文地質觀測。

（2）在監測過程中受工作面噴水降塵等影響，視電阻率值較低，對數據解釋造成一定的影響。建議今后的工作面底板裂隙帶觀測使用觀測鉆孔在切眼前方的防水煤柱內安裝電極進行觀測。

（3）本次動態監測結論僅為4309工作面自切眼向外150m范圍特定地質條件下的觀測結果，在地質條件不同的其他采區，不具有通用性。

參考文獻

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