幅頻電透視在探查煤層底板水及注漿檢驗中的應用

崔煥玉

（河北煤炭科學研究院有限公司 河北省礦井物探工程中心，河北 邢臺 054000）

0 引 言

底板巖溶承壓水是影響工作面回采的主要因素之一，在回采過程中，如遇到導水構造導通底板奧灰含水層，將會造成突水威脅，導致礦井損失重大。因此在工作面回采前，需通過井下物探方法探明煤層底板富水異常區位置，并對底板進行注漿改造，再次通過井下物探方法來驗證，確保煤層底板注漿效果，最終達到工作面安全回采的目的。

目前井下常用的物探方法有礦井瞬變電磁法、幅頻電透視技術和并行電法。礦井瞬變電磁法施工簡便[1]，可靈活設計多組不同角度對煤層頂底板進行探測，能切出底板下不同深度視電阻率切片，但感應電磁場易受巷道里大型鐵器、動力電影響，一方面會使探測結果出現假異常，另一方面影響瞬變電磁探測距離。并行電法施工速度快、簡單[2-3]，但受限于儀器發射電流、電壓，在較寬工作面采集效果不太理想。幅頻電透視技術，可避免上述2 種物探方法缺點，受動力電影響較小，穿透距離也較大[4-5]，結合礦井條件，選擇幅頻電透視技術探查底板富水異常區更加方便高效。經實際應用，結合鉆探驗證，幅頻電透視技術能夠很好的查清工作面底板賦水異常區域，并且對注漿檢測效果較好，值得進一步推廣。

1 幅頻電透視技術

1.1 原 理

幅頻電透視技術是以巖石的電性差異為基礎，對人工電流場的分布規律進行的觀測和研究。其基本原理是，把供電電極A（有時用偶極A、B） 和測量電極M、N 分別布置在采煤工作面兩相鄰巷道，采用直流供電，通過測量M、N 間的電位差，研究兩巷道間工作面內及圍巖中電場分布規律。便可以確定工作面底板以下一定深度范圍內（約為工作面采寬的1/2） 不同含水地質體的形態和規模。

1.2 井下施工方法

常用的幅頻電透視裝置形式有定點二極電透視法、定點三極電透視法、定點偶極電透視法、同步二極電透視法、同步三極電透視法、同步偶極電透視法。

2 探測實例分析

2.1 探測區地質概況

該工作面為10 號煤綜采工作面，走向長800 m，工作面傾斜長150 m，工作面掘進過程中無斷層、陷落柱、采空區、不良地質鉆孔等隱蔽致災地質因素。頂板為K2 灰巖含水層，該含水層為強富水性含水層，為工作面頂板直接充水含水層。工作面底板距本溪組上部灰巖17.23 m，本溪組厚度28.86 m，工作面距奧陶系峰峰組上部灰巖46.09 m，該工作面防治水重點是防范奧陶系灰巖巖溶裂隙承壓含水層通過隱伏導水構造對工作面安全造成威脅。

2.2 探測儀器及探測方案

此次施工采用定點三極電透視法（圖1），測點距統一采用10 m，發射點間距為60 m，每個發射點在另一巷的扇型對稱區間接收13 個點（兩端除外）。測量時，沿巷道依次移動供電電極A，測量電極M、N 布置在另一條巷道，保證相鄰供電電極的接收扇形有足夠的重疊，再將發射和接收巷道互換，逐點依次探測，進一步增加觀測覆蓋次數，完成雙巷測量，使采面內各物理測點有2 次以上覆蓋，增加數據真實性和有效性。

圖1 幅頻電透視施工布置示意Fig.1 Amplitude frequency electricity perspective construction layout

2.3 物探成果解釋與分析

圖2為該工作面第一次幅頻電透視工作布置及成果圖，圖中曲線為電導率等值線，不同色界代表視電阻率相對高低，數值越大，視電阻率越?。▓D中深色區域），富水性相對也越強。經過分析，該工作面幅頻電透視共圈定4 處異常區，深度為煤層底板75 m 以淺。

圖2 注漿前幅頻電透視探測成果圖Fig.2 Amplitude frequency electricity perspective detection results before grouting

3 注漿檢測

3.1 鉆孔驗證情況

第一次幅頻電透視探測結束后，礦方根據幅頻電透視圈定的異常布置鉆孔，具體打鉆位置如圖2所示。鉆孔打到本灰以下4 處異常均出現不同程度出水，具體注漿量見表1，較好的驗證了物探成果。通過注漿加固，增加了隔水層的阻水性能，封堵了灰巖與煤層底板導水通道。再通過檢查孔驗證，出水量減少到2～6 m3/h，注漿后底板巖層得到了較好的加固，改造效果顯著[6-7]。注漿前、后部分鉆孔出水量見表1。

表1 工作面底板改造鉆孔探查成果Table 1 Detection results of working face floor reconstruction drilling hole

經JC10 孔、JC11 孔、JC2 孔、JC14 孔、JC15孔檢驗，分別表明FP1-1 孔、FP1-2 孔、FP2-1孔、FP3-1 孔和FP3-2 孔、FP4-4 注漿質量良好。

通過鉆探探查加注漿加固基本可排除物探4 處異常區對工作面回采威脅。

3.2 二次物探情況

對工作面注漿加固后，采用幅頻電透視技術對工作面進行了二次物探（圖3），二次物探成果與第一次物探成果對比分析，第一次幅頻電透視所圈定4 處異常在二次幅頻電透視相同位置均顯示相對高阻，原異常位置周圍個別地區顯示低阻，分析為由于注漿加固，原異常區域的阻值變高，致使異常周邊部分區域變為相對低阻。

圖3 注漿后幅頻電透視探測成果Fig.3 Amplitude frequency electricity perspective detection results after grouting

第二次幅頻電透視還圈定1 處異常區，為5 號異常，分析為工作面底板注漿加固后，整體巖層富水性變弱，致使該區域相對低阻變明顯，礦方針對5 號異常施工鉆孔3 個，鉆孔探測層位為本溪灰巖，最大鉆孔出水水量為1 m3/h，水壓無，其余2個鉆孔均未出水。

通過對工作面兩次物探，基本可以排除工作面底板含水裂隙對工作面回采影響，幅頻電透視技術在工作面底板巖層富水性探測及注漿效果檢驗方面具有良好效果。

4 結 論

通過工作面注漿前后兩次幅頻電透視探測工作，得出如下結論。

（1） 幅頻電透視技術在探查工作面底板巖層的巖性變化反應靈敏，含水異常區探測效果顯著。

（2） 幅頻電透視技術可在煤層底板注漿效果評價中發揮重要作用，更好的指導鉆探注漿，為工作面防治水工作提供技術依據。