音頻電透視法在礦井工作面頂板水探測中的應用

王 偉

(潞安環能股份公司 王莊煤礦，山西 長治 046031)

在我國煤礦發生的生產事故中，水害事故是僅次于瓦斯事故的重特大災害事故[1]。煤礦防治水工作是減少礦井水害事故發生，尤其是減少重大事故發生的基礎和保障，而做好煤礦防治水工作的首要任務是必須對礦井的水文地質條件勘探查明，對工作面存在的隱伏地質、煤層頂底板含水層及異常等進行成功預報，以便采取相應的防治措施，確保礦井安全生產[2-4]。在現有煤礦水文地質物探手段中，音頻電透視法因其效率高、解譯方便、探測效果好等優勢，已經成為探測煤層頂板水特性的一種有效的物探方法[3-5]。

隨著王莊井田開采范圍不斷延伸，采區工作面布置逐漸進入承壓開采區域，地表和地下水文地質條件日趨復雜，從而造成采掘工作面水害威脅日趨嚴重。7102工作面處于王莊井田71采區，地處奧灰水承壓區域，工作面主要充水水源為煤層頂板砂巖裂隙含水層以及K8、K10砂巖含水層中的水，除此之外，工作面對應地表水體與第四系及基巖風化帶含水層水體聯系較強。為了保證工作面的安全回采，必須對工作面煤層頂板巖層含水特征進行探測，并采區有效的防治水害措施。本文采用音頻電透視法對7102工作面煤層頂板0～50 m、50～110 m的含水層及其含水性異常分布、含水性的強弱等情況進行了探測，以此指導安全生產工作。

1 音頻電透視法技術原理

音頻電透視法是基于不同巖性之間存在的電性差異，對地質異常進行探測和解譯的有效物探手段。相對于巖層，含水構造可以看做為一種局部地質體，水所表現的電性為低阻高導介質，煤層頂板含水層表現出低阻特性，與周邊圍巖相比，含水構造又存在高導電率，并且涌水量大小與導電率的變化幅度呈正比。電流通過含水構造和巖層，會發生不同程度的電流場變化，通過分析電流場的分布規律差異，便可以判斷和解譯含水構造的存在以及形態規模。

由音頻電透視法的原理模擬得出，煤層頂板存在含水構造與不含水體巖層，兩種條件下電位測量曲線的比較示意，見圖1[2]。

圖1 工作面頂板低阻異常體探測曲線比較示意

2 測點布置及技術措施

本次音頻電透視探測網密度為：接收點距10～20 m、供電點距50 m，針對每個供電點，在回采工作面另一巷道與之對稱點附近一定區段進行扇形掃描接收。現場探測時在7102工作面運輸巷布置發射點21個、回風巷布置發射點15個，共計36個發射點。每個發射點一般對應10～20個接收點。為了探測工作面頂板上不同高度層段的水文異常體情況，礦井音頻電透視施工時采用F=15 Hz、120 Hz兩個頻點依次測試。

為了能夠獲取準確的探測結果，考慮到工作面實際情況，采取相應的技術措施：①工作面兩巷道內局部區域存在淋水現象，巷道低洼處積水較嚴重，對探測信號接收造成干擾，因此供電點位置避開水體，底鼓地段應將供電電極往側幫上方移動；②在工作面邊界位置存在空巷，也會形成信號干擾，則在該區域增加接收信號采集次數；③工作面兩巷道幫有錨網，探測過程中特別注意保證電極不與金屬網接觸。

3 數據處理和解譯

3.1 數據處理原則

3.2 成果分析

將物探成果和已知的地質資料相結合；按從已知到未知，從點到線，由線到面，由淺入深的原則進行綜合分析得出：

1) 7102工作面頂板上0～50 m高度層段內巖層的視電導率值在0～135 S/m間變化，平均值為12 S/m、標準偏差為10 S/m，其中有三個視電導率值≥22 S/m的異常條帶，自西向東，編號為：“一號低阻異常區”，異常連續性較好，異常核心位于工作面中部； “二號低阻異常區”， 異常不連續；“三號低阻異常區”，異常連續性較好，異常核心位于回風巷附近，見圖2。

2) 7102工作面頂板上50～110 m高度層段內巖層的視電導率值在0～24 S/m間變化，平均值為4 S/m、標準偏差為3 S/m，其中有二個視電導率值≥7 S/m的異常條帶，自西向東，編號為：“一號低阻異常區”，異常連續性較好，異常核心位于回風巷附近；“二號低阻異常區”，異常連續性較好，異常核心位于回風巷附近，見圖3。

圖2 王莊煤礦7102工作面頂板上0～50 m層段巖層含水性音頻電透視成果

圖3 王莊煤礦7102工作面頂板上50～110 m層段巖層含水性音頻電透視成果

4 結 語

1) 由音頻電透視探測成果顯示，7102工作面的低阻異常大多發育相對明顯，建議低阻異常區做為采前防治水工作的重點區域。

2) 開采過程中注意工作面水情監測、水文長觀孔的水位變化觀測，發現異常情況時要及時進行分析、匯報。

上述結論是根據物探資料的實際反映并結合有關水文地質資料分析而來，由于井下物探勘探高度(或深度)的限制，成果資料反映的水文地質信息僅局限于一定高度(或深度)范圍內地層的水文資料。而礦井涌水的變化不僅受物探涉及區域地層的水文地質條件，還與測區外(上方)的含水構造的發育、連通情況、補給源、水頭壓力及煤層厚度、采煤方法、回采速度等諸多因素相關。