高密度電阻率法在承壓水導升高度探測中的應用

2022-06-13 08:54:20張志武

煤 2022年6期

張志武

(山東省地礦工程勘察院，山東濟南 250114)

我國煤田的水文地質條件復雜，水災事故時有發生，且具有破壞性大、搶救難度大以及損壞周期長等特點，因而水害也被歸為礦井的五大災害之一[1-3]。工程中礦井的水文探測對于礦井活動的安全進行具有重大意義。由于礦井地下巖石的導電性與其含水性相關，因此礦井水文探測方法在選擇上主要以電法勘探為主，高密度電阻率法由于具備測點密度大、效率高以及可以得到更多電信息等優點，被廣泛應用于地球物理探測[4-6]。文章主要通過利用高密度電阻率法進行礦井承壓水導升高度的動態監測，通過對現場數據的分析從而為相關數值模擬提供符合現場實際的水壓施加點及水頭壓力值。

1 地質概況

在實際應用中，選定山東省某礦井的3501工作面進行探測。該工作面地處于礦井西翼的東部，位于-300 m井底車場南側，工作面向南100 m左右以及東部、西部、北部均以斷層為界。3501工作面煤層結構簡單且穩定，工作面寬度約4 m，沿傾向長約90～110 m，走向長約480 m，煤層厚度平均5.5 m，煤層傾角為8～18°。

由于地處含水層，3501工作面水文情況較為復雜，該處的含水層在垂向上的分布具有鮮明分帶特性，且含水層基本為靜儲量，鉆探過程中在煤層底板處均有水流涌出。在對巷道電測異常區域進行施工鉆孔時發現，兩鉆孔的平均涌水量分別約為4.7 m3/h和6.9 m3/h，涌水持續時間較長。

2 探測方法的選擇

為了精確且連續的監測煤層底板巖層承壓水的導升高度，同時考慮到煤巖性質及其裂隙中的含水性，采用常高密度電阻率法進行礦井的水文勘探。與傳統電阻率法及其他方法相比，高密度電阻率法改進了測定方式，可以同時反映地下一定深度巖石水平方向及垂直方向上巖性的變化規律，具有效率高、測點密度大以及采集的數據準確等特性，因而應用最廣泛[7-8]。

3 布置方法

根據該礦3501工作面的巷道布置情況，決定在工作面進、回風巷沿巷道布置測線，如圖1所示。進、回風巷分別以Y2和H1為起點，相鄰測點間距為6 m，沿巷道測線長度共布置80個測點，測線長度476 m，隔離系數N最大為15，工作面切眼處以Y2為起點，相鄰測點間距為6 m，沿工作面傾向長度共布置19個測點，測線長度108 m，最大隔離系數N為5。在本實驗測定中，采用SR-4型數字電法儀對高密度電阻率法測定的數據進行采集。

圖1 3501工作面工程布置平面圖

4 結果分析

4.1 進風巷測定結果分析

根據測定結果繪制如圖2(a)所示的排列視電阻率的斷面圖及比值Ts斷面圖，該電阻率斷面圖主要反映底板處電阻率的分布情況。

由圖2(a)可以看出，當電極間距為60～300 m的范圍內時，剖面較為一致，電阻率的變化較為均勻，除了部分巷道的積水導致較低的電阻率外，其值大約都在80～120范圍內，此時的承壓水自然導升高度約為-68 m。在圖2(b)中的比值斷面圖中，在220～240 m的范圍內也顯示出低值區，承壓水自然導升高度約為-40 m，該范圍的視電阻率高于50，認為在指定的勘測范圍內，此區域比相同深度的回風巷有較低的含水性。而從圖中可以看出，除此處之外的其他區域得到的視電阻率普遍高于100，證明該底板的巖層基本不含水。

圖2 進風巷不同排列方式成像斷面圖及比值斷面圖(圖中描粗曲線為電阻率低值異常區)

4.2 回風巷測定結果分析

根據測定結果繪制了α排列視電阻率斷面圖及Ts斷面圖，如圖3所示。

由圖3(a)可以知道，在反映煤層及其底板電性特征的極距范圍內，電阻率的值都在95以上，且幾個小斷層內沒有出現低電阻率的情況，說明該處為不含水層。當電極間距在235～255 m范圍時，該處的電阻率值出現異常，表現為45以下，顯然這是由于巷道內含水所導致。因此由上述分析可以判斷出，該巖層承壓水自然導升高度約上升到距離煤層底板49 m處。在判斷底板巖層的含水及其承壓導升情況時，發現在180～250 m的x坐標范圍內的電阻率值小于35，而該區域內Ts比值斷面圖也表現為低值異常，如圖3(b)粗線所示，從而判斷該低阻區距離煤層底板約30 m。電阻率低阻區通常與煤巖層的含水性的出現有很大關聯，由上述的分析可以判斷，在回風巷勘探區域的局部巖層有較強的含水性，且承壓水自然導升高度較高，在實際的開采掘進中應特別注意。