新景礦80111 工作面底板含水層富水性探測(cè)分析與研究

張維濱

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

1 概 況

山西新景煤業(yè)有限公司80111 工作面井下位于丈八一區(qū)南翼東部，工作面北部為80110 工作面采空區(qū)，東南部為張家?guī)r風(fēng)井，東部為80109 工作面掘進(jìn)工作面，西部為80113 工作面采空區(qū)，工作面走向長(zhǎng)度為1 100 m，傾向長(zhǎng)度為220 m，開采15號(hào)煤層，煤層厚度為5.53～7.77 m，平均厚度為6.45 m，煤層直接頂巖層為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為4.22 m，基本頂為石灰?guī)r，平均厚度為11.79 m，直接底巖層為砂巖泥巖，平均厚度為4.22 m。

工作面頂板上方K2、K3、K4 石灰?guī)r和砂巖層均為弱含水層，對(duì)工作面影響較小。根據(jù)礦井地質(zhì)資料可知，工作面區(qū)域奧灰水水位標(biāo)高為390—400 m，工作面煤層底板最低處為380 m，故局部屬于帶壓區(qū)域，煤層底板與奧灰含水層間的平均層間距為50m，具體工作面頂?shù)装搴畬优c隔水層的位置關(guān)系如圖1 所示。工作面回采期間受到奧灰水的威脅，為保障工作面的安全回采，進(jìn)行工作面底板含水層富水性探測(cè)分析。

圖1 工作面頂板、底板含水層示意圖Fig.1 Aquifer of working face roof and floor

2 底板含水層富水性探測(cè)方案

根據(jù)80111 工作面的地質(zhì)條件可知，工作面區(qū)域地層的沉積序列較為清晰，地層在橫向上相對(duì)比較均一，該種地質(zhì)條件為采用電法探測(cè)技術(shù)的研究提供了良好的物理前提。綜合目前國(guó)內(nèi)外的探測(cè)技術(shù)，確定此次工作面底板奧灰含水層富水性探測(cè)采用音頻電穿法和直流電法。

（1） 音頻電穿透法。從80111 工作面進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷和工作面開切眼位置處為起點(diǎn)，以10 m 為點(diǎn)距進(jìn)行編號(hào)標(biāo)點(diǎn)，進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)巷道內(nèi)各設(shè)置51個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，在工作面開切眼內(nèi)設(shè)置23 個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，共計(jì)布置1 256 個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)；測(cè)網(wǎng)密度設(shè)置為接收點(diǎn)距和發(fā)射電距分別為10 m 和50 m，每個(gè)發(fā)射電對(duì)應(yīng)15～26 個(gè)接收點(diǎn)，探測(cè)方案中共計(jì)布置22 個(gè)發(fā)射點(diǎn)，其中進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷分別布置11 個(gè)；施工時(shí)采用5 Hz 和10 Hz 雙頻點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

（2） 礦井直流電法。在80111 工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷靠近工作面開切眼500 m 的巷道內(nèi)進(jìn)行探測(cè)作業(yè)，探測(cè)的總長(zhǎng)度為1 000 m，探測(cè)深度為底板下方100 m，測(cè)點(diǎn)之間的間距為20 m。

具體80111 工作面底板奧灰含水層富水性探測(cè)工作量見表1。

表1 80111 工作面底板富水性探測(cè)Table 1 Water enrichment detection of bottom plate of 80111 working face

工作面底板含水層富水性探測(cè)方案中音頻穿透實(shí)際檢查點(diǎn)有30 個(gè)，共計(jì)布置物理測(cè)量點(diǎn)280 個(gè)；采用礦井直流電法進(jìn)行實(shí)際檢查點(diǎn)有80 個(gè)，共計(jì)設(shè)置物理測(cè)量點(diǎn)780 個(gè)。為分析檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置的合理性，評(píng)價(jià)分析時(shí)采用的公式如下：

式中：n為檢測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；ρi為第i 個(gè)點(diǎn)的原測(cè)值；ρ'i為第i 個(gè)點(diǎn)的檢測(cè)值。礦井直流電法和音頻電穿透法的相關(guān)數(shù)據(jù)代入到式（1），計(jì)算得出平均均方差分別為±4.7%和±4.2%，小于規(guī)定要求的±5%，表明探測(cè)布置方案合理。

3 探測(cè)結(jié)果分析與富水性劃定

3.1 探測(cè)結(jié)果分析

3.1.1 音頻電穿透法分析

音頻電穿透法主要以電導(dǎo)率進(jìn)行富水性的分析，根據(jù)80111 工作面底板不同深度處巖層的賦存特征，綜合判定底板70 m 和100 m 深度處異常閥值分別為3.0 S/m 和3.1 S/m，成果如圖2 所示。

圖2 底板70 m和100 m音頻電穿透成果Fig.2 Achievements of 70 m and 100 m audio frequency electric penetration of bottom plate

分析圖2（a） 可知，底板70 m 處在奧灰頂界面處發(fā)育著2 處視電阻率低阻異常區(qū)域，其中1號(hào)低阻異常區(qū)域位于進(jìn)風(fēng)巷切眼北170～500 m—回風(fēng)巷切眼北430～480 m，該異常區(qū)域條帶性一般，發(fā)育范圍及異常幅度均較小；2 號(hào)低阻異常區(qū)域主要位于工作面進(jìn)風(fēng)巷切眼北90～170 m—回風(fēng)巷切眼北100～300 m 附近，該異常區(qū)域條帶性較強(qiáng)，發(fā)育范圍較大，且異常幅度中等。

分析圖2（b） 可知，奧灰頂界面下100 m 附近存在3 處低阻異常區(qū)域，其中1 號(hào)低阻異常區(qū)位于進(jìn)風(fēng)巷切眼北470～500 m—回風(fēng)巷的切眼北430～470 m，該異常區(qū)域條帶性一般且發(fā)育范圍較小，異常幅度屬于中等；2 號(hào)低阻異常區(qū)域主要為工作面進(jìn)風(fēng)巷切眼北100～250 m—回風(fēng)巷切眼北90～310 m，該異常區(qū)域條帶形較強(qiáng)，發(fā)育范圍和異常幅度相對(duì)較大；3 號(hào)低阻異常區(qū)域主要位于工作面切眼中部50～130 m 處，該異常區(qū)域條帶性一般，發(fā)育范圍和異常幅度均較小。

綜合上述分析可知，其中1 號(hào)異常區(qū)域在兩側(cè)層位的異常范圍及強(qiáng)度變化情況不大，且異常區(qū)域范圍較小；2 號(hào)異常區(qū)域向底板深部發(fā)育范圍逐漸變大，異常強(qiáng)度也逐漸變大，表明異常區(qū)域連通性局部較好，且向下的破壞帶范圍逐漸增大；3 號(hào)低阻異常區(qū)域僅在底板100 m 深度，在底板70 m 深度未體現(xiàn)。

3.1.2 礦井直流電法分析

礦井直流電法主要通過繪制視電阻率異常斷面圖進(jìn)行垂直方向上的異常區(qū)域解釋，工作面底板直流電法視電阻率等值線和低阻異常斷面如圖3 所示。

圖3 礦井直流電探測(cè)結(jié)果Fig.3 Mine direct current detection results

分析圖3 可知，工作面進(jìn)風(fēng)巷區(qū)域發(fā)育著3 處視電阻低阻異常區(qū)域，其中1 號(hào)異常區(qū)域主要位于工作面切眼北470～500 m；2 號(hào)異常區(qū)域主要發(fā)育在切眼北350～430 m 和200～300 m；3 號(hào)異常區(qū)域主要位于工作面切眼北0～20 m 處。

通過分析異常斷面圖能夠看出，1 號(hào)異常區(qū)主要位于向斜北翼，該異常區(qū)域的發(fā)育范圍較小，異常區(qū)域強(qiáng)度較弱，推斷該異常區(qū)域主要受到向斜構(gòu)造的影響導(dǎo)致裂隙較為發(fā)育；2 號(hào)異常區(qū)域位于向斜軸附近，該異常區(qū)域發(fā)育范圍較大，異常強(qiáng)度較強(qiáng)，且異常區(qū)域的中心位于深部奧灰?guī)r段，異常區(qū)域存在著向上延伸的趨勢(shì)，推測(cè)該異常區(qū)域是受到向斜構(gòu)造的影響導(dǎo)致裂隙較為發(fā)育；3 號(hào)異常區(qū)域主要位于切眼附近，該異常區(qū)域發(fā)育范圍小、異常強(qiáng)度弱，異常中心位于深部奧灰層段，該段異常的主要原因同樣為向斜構(gòu)造影響。

為準(zhǔn)確判定工作面底板含水層的富水性，針對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行橫向切片，分析異常區(qū)域在30、60、100 m 深度處的低阻異常，如圖4 所示。

圖4 異常區(qū)域底板不同深度平面圖Fig.4 Different depth planes of floor in abnormal area

分析圖4 并結(jié)合礦井15 號(hào)煤層采掘工程平面圖，此次探測(cè)作業(yè)2 號(hào)低阻異常區(qū)域?yàn)樘綔y(cè)的主要異常區(qū)域，主要受向斜構(gòu)造影響，由于煤層底板下砂泥巖層的隔水層相對(duì)較為破碎，在向斜軸部附近深部奧灰?guī)r存在著較為明顯的低阻異常，推測(cè)該低阻異常主要是受到向斜構(gòu)造的影響導(dǎo)致。另外1 號(hào)低阻異常區(qū)域位于奧灰頂界面附近，3 號(hào)低阻異常區(qū)域位于奧灰頂界面以下。

3.2 富水性劃定

音頻電穿透法和礦井直流電法得出的1 號(hào)、2號(hào)和3 號(hào)異常區(qū)域的平面位置基本吻合，結(jié)合礦井地質(zhì)資料得出底板含水層富水性綜合探測(cè)成果，如圖5 所示。

圖5 工作面底板含水層富水綜合成果Fig.5 Comprehensive results of water abundance in floor aquifer of working face

4 結(jié) 語

根據(jù)新景礦80111 工作面的地質(zhì)水文條件，基于工作面與底板奧灰含水層間巖性賦存特征，采用音頻電穿透法和礦井直流電法進(jìn)行底板富水性探測(cè)分析，分析探測(cè)結(jié)果得出底板含水層主要存在3 處富水區(qū)域，其中1 號(hào)異常區(qū)域發(fā)育范圍小、異常強(qiáng)度較弱，2 號(hào)異常區(qū)域的發(fā)育范圍相對(duì)較大、異常強(qiáng)度較強(qiáng)，3 號(hào)異常區(qū)域在奧灰頂界面以下發(fā)育范圍較小，奧灰頂界面附近發(fā)育范圍較大，并給出富水區(qū)域位置及發(fā)育特征，為工作面的安全回采提供指導(dǎo)。