淮南礦區(qū)深部煤層底板水害探查方法應用分析

江 飛，汪 武

（安徽理工大學 地球與環(huán)境學院，安徽 淮南 232001）

淮南礦區(qū)深部煤層底板水害探查方法應用分析

江 飛，汪 武

（安徽理工大學 地球與環(huán)境學院，安徽 淮南 232001）

南地區(qū)煤田向深部開采過程中，A組煤層賦存條件好，但受到底板灰?guī)r水害威脅，因此需查明底板巖層的富水特征，以確保礦井生產(chǎn)安全。目前主要采用的地球物理勘探方法有三維并行電法、音頻電透視法等。本文通過對該區(qū)域應用的物探方法技術特點進行綜述，進一步分析其應用條件及效果。

底板水害；三維并行電法；音頻電透視

1 引言

礦井水害一直是影響煤礦安全開采的主要是因素之一，深部煤層開采最大威脅就是來自煤層底板的灰?guī)r水，我國約有半數(shù)以上的煤礦不同程度地受到灰?guī)r水的影響，受災面積和嚴重程度均居世界主要產(chǎn)煤國家的首位。淮南礦區(qū)A組煤層儲量豐富，賦存穩(wěn)定，煤質好［1］。由于煤層開采的地質、水文條件復雜，斷層構造多，水平向地應力大，深部巖層裂隙發(fā)育，因此，開采前期需要采用單一或綜合的物探方法，探查深部煤層底板的巖層富水性及其分布特征，對安全合理的開采煤炭資源，具有重要的理論和實踐意義。

2 淮南深部煤層開采條件及探查

（1）A組煤層開采條件。淮南煤田為一軸向北西西的復向斜構造，煤田南、北邊緣有低角度走向逆斷層發(fā)育，一般開采條件尚可，但太原組灰?guī)r喀斯特水比較復雜，需要經(jīng)過嚴格的探測水工作探明底板水賦存情況。（2）采取的物探方法。目前，該區(qū)最常用的底板水害探查方法主要有礦井直流電法以及音頻電透視法等，通過對于水文地質條件簡單區(qū)域采用單一物探方法，對于復雜區(qū)域多采用兩種以上的探水方法綜合分析，進一步提高判斷精度。

3 方法應用及分析

每種物探手段有其自身優(yōu)勢和特點，地質條件和操作環(huán)境較好的情況下，基本能順利得到滿意的探測成果，但大多數(shù)情況下，特別是在煤層深部開采的條件下，由于地質條件復雜和操作空間有限等限制，單一的物探手段已無法獨自完成探測工作或得到準確的探測效果，因此，通常需要其他物探手段的輔助，綜合分析，提高對底板巖層富水特征判斷的探測精度。

3.1 三維并行電法的應用

對于巷道間透視三維電法探查系統(tǒng)，主要由包括數(shù)據(jù)采集主機、電極陣列和電纜系統(tǒng)組成［2］。該系統(tǒng)主要解決的是在有限的礦井空間范圍內(nèi)，進行巷間底板透視的三維電法勘探，從而得到更加準確全面的三維地電信息，實現(xiàn)對工作面底板巖層富水性的全面勘查［3］。三維并行電法自提出以來，相關學者進行了大量的模擬和現(xiàn)場試驗，并在礦井水文地質異常探查工作上取得良好效果［4］，目前，已經(jīng)投入生產(chǎn)使用，且技術日趨完善。其具體的探測實例表明，某工作面水文地質條件復雜，斷層發(fā)育，底板40m以下為灰?guī)r，底板水害威脅嚴重，隨時會發(fā)生突水事故，后使用三維并行電法探測底板富水性以指導鉆孔探放水以及注漿加固，確保安全開采。現(xiàn)場采用三維電法測試，共布置測線6站，每一測站長度為315m，電極距為5m，電極數(shù)64個，數(shù)據(jù)采集采用AM法，結果用surfer軟件進行成像處理，得到立體電阻率成果圖（如圖1）。探測結果顯示，該范圍存在5個較強的相對低阻區(qū)，結合巷道揭露巖性及巷道積水情況，得出1、2深度延伸較大，與灰?guī)r水相連，水害威脅最大，3號區(qū)主要為砂巖含水區(qū)段。經(jīng)鉆孔放水嚴重，灰?guī)r地層普遍含水，僅少數(shù)孔無水出，后通過注漿加固，將突水系數(shù)降到安全值以下。該探測成果表明，三維并行電法作為一種新型探測技術，探測效果好，可靠性強，有效的指導了礦井防治水工作開展。

3.2 音頻電透視法的應用

音頻電透視法是在直流電阻率法基礎上發(fā)展的一種探測井下巖體富水性的物探方法，兼具電法和頻率測深的特點［5］，該方法利用工作面底板內(nèi)部含水構造進行超前探測，確定含水體的位置，為鉆探泄放水提供方向和目標，其最大穿透深度約320m。音頻電透視在淮南礦區(qū)A組煤底板探水應用中效果良好，多個礦區(qū)現(xiàn)場實測表明該技術使用性強，推廣空間大。其探測實例表明，在淮南潘二礦底板探測水施工中，設定發(fā)射點單間距50m，接收極單點距為10m，單階段探測長度為300m，分階段測量，探測結果如圖2所示。

從成果圖可看出，底板上層段內(nèi)，巖層視電阻率為1-2.4Ω·m，均值4.6Ω·m，有2個視電阻率值大于6Ω·m異常區(qū)。第一個異常區(qū)主要發(fā)育在中砂巖為主的巖層內(nèi)，連續(xù)性好且異常幅度大，表明該范圍富水相對較強；第二異常區(qū)連續(xù)性差，幅度小，富水性較弱。而在之后的探測區(qū)打鉆放水驗證與探測結果基本吻合，說明音頻電透視法探測效果理想。

3.3 應用分析

通過對淮南礦區(qū)底板水害探查的兩種物探方法應用實例表明，它們在淮南礦區(qū)底板灰?guī)r水害探查工作中取得了一定的效果，基本能準確的探測出底板灰?guī)r水富水性，為礦井防治水工作指出了明確的目標和方向。但是在探測過程中仍有些問題需要改進：

（1）電磁法物探手段發(fā)展成為了重要的礦井底板水害探查技術之一，但其精度仍然有待提高，誤判或錯判事故仍然存在，影響了煤層正常開采。（2）在淮南深部煤層開采技術條件下，礦井物探需要針對煤礦底板灰?guī)r水防治，進行專門的災害地球物理場研究，開發(fā)新的技術系統(tǒng)，提高對巖層富水性定量評價與判斷指標。

4 結論

（1）淮南礦區(qū)深部煤層開采地質條件復雜，單一的物探手段存在多解性，實際工作中往往 需要兩種或多種綜合物探技術的聯(lián)合勘探，對不同評價參數(shù)的綜合分析，進一步得出更為準確的探測成果。

（2）水害探查精度問題一直是個大問題，通過提升不同物探方法的判斷能力，發(fā)揮不同物探方法的合力，通過區(qū)域探查研究，進一步摸索適應本區(qū)巖層富水的電性判別標準參數(shù)，仍然是目前需要解決的問題。

［1］黃暉，付茂如，韓必武.淮南礦區(qū)潘北礦A組煤層首采工作面開采地質條件探查分析［J］.中國煤炭地質，2014，26（05）：53-57.

［2］張成乾，楊伐，譚磊.雙巷三維并行電法數(shù)值及物理模型試驗研究［J］.中國煤炭地質，2014，6（09）：60-62.

［3］付茂如，韓東亞，張平松.礦井工作面底板水害探查方法對比試驗［J］.物探與化探，2013，12（06）：1067-1070.

［3］劉盛東，吳榮新，張平松.三維并行電法勘探技術與礦井水害探查［J］.煤炭學報，2009，34（07）：927-932.

［4］吳榮新，劉盛東，張平松.雙巷并行電法探測煤層工作面底板富水區(qū)［J］.煤炭學報，2010，35（03）：454-457.

［5］劉瑞新.音頻電透視技術在煤礦水文探測中的應用［J］.煤礦現(xiàn)代化，2012，110（05）：58-60

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.184

江飛（1992-），男，安徽六安人，碩士研究生，主要研究方向為工程與環(huán)境物探。