音頻電透視探測工作面頂?shù)装甯凰惓^(qū)技術(shù)研究

秦泰山

（山西三元煤業(yè)股份有限公司，山西 長治 046000）

1 概 況

三元煤業(yè)現(xiàn)開采3號煤層，開拓方式為立井開拓，單一水平開采，在煤礦中部沿南北方向布置膠輪、皮帶和回風(fēng)大巷。三元煤業(yè)4306回采工作面位于四采區(qū)，東為四采區(qū)準(zhǔn)備巷道，南為實體煤，西為礦井邊界，北為4302采空區(qū)。4306工作面主采3號煤層，厚度平均7.3 m，煤層傾角1°～11°，工作面標(biāo)高+507—+533 m，地面標(biāo)高+906—+911 m，可采走向長度868 m，傾向長189 m，面積164 052 m2。工作面地面位置東臨二廣高速公路、上秦村（已搬遷），南臨農(nóng)業(yè)耕地，西臨濁漳河和農(nóng)田，北臨農(nóng)業(yè)耕地。為了查明4306工作面勘探范圍內(nèi)煤層頂?shù)装迳舷旅簬r段富水性，保證工作面安全生產(chǎn)，提高開采效率，決定采用音頻電透視物探方法進(jìn)行探測，探查4306工作面頂?shù)装?～50 m、50～100 m及順層方向的含水情況。

2 探測方法技術(shù)原理

4306工作面需要探查工作面頂?shù)装鍘r層和工作面順層方向富水性異常的分布情況，目前常用的勘探方法主要有礦井高分辨電測深技術(shù)、礦井瞬變電磁技術(shù)及礦井音頻電穿透技術(shù)等。礦井音頻電穿透法（又稱音頻電透視法）屬于《煤礦防治水細(xì)則》重點(diǎn)推薦的煤礦防治水物探技術(shù)，是我國發(fā)展較快、探查回采工作面頂?shù)装逅茖W(xué)有效的礦井物探技術(shù)之一。該方法主要探查工作面頂?shù)装鍍?nèi)部的電性變化，對采長較大的工作面還具有探測工作面內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造的優(yōu)勢。該技術(shù)正在向工作面頂、底板三維立體勘探方向發(fā)展，可立體勘探工作面頂、底板一定范圍內(nèi)含導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造，顯示直觀，效果好。

由于地下各種巖（礦）石之間存在導(dǎo)電差異，會影響人工電場的分布形態(tài)。異常幅度、寬度與異常體的大小、異常體與圍巖的電性差異及距收發(fā)面的距離等有關(guān)。異常體規(guī)模（體積與含水強(qiáng)弱的綜合反映）越大、與圍巖的電性差異越大、距收發(fā)面距離越小，異常幅度就越大；反之則越小。圖1為有無異常體時電位測量曲線的比較示意圖。

圖1 工作面頂、底板低阻異常體探測曲線顯示Fig.1 Detection curve of low resistance abnormal body in roof and floor of working face

3 探測作業(yè)及技術(shù)措施

此次音頻電透視探測工作使用的儀器為福建華虹智能科技有限公司出品的YBT32型音頻電透視儀，該儀器由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)2個箱體組成。發(fā)射機(jī)在工作面一側(cè)巷道以一定頻率向地層中發(fā)射脈沖電信號，接收機(jī)在另一巷道一定區(qū)域接收電信號。根據(jù)之前三元煤業(yè)4301工作面的探測經(jīng)驗，此次探測使用128 Hz和16 Hz頻率，90 V供電。井下音頻電穿透施工方式如圖2所示，在2個順槽內(nèi)同時作業(yè)，相對固定發(fā)射（供電）電極A1、A2，移動測量電極M、N，對工作面進(jìn)行以發(fā)射點(diǎn)為中心的扇形掃描，達(dá)到探測工作面內(nèi)部導(dǎo)、含水構(gòu)造的目的。

此次勘探的4306工作區(qū)域運(yùn)輸順槽1 200 m，回風(fēng)順槽1 200 m，切眼寬189 m。測點(diǎn)布置以切眼為起點(diǎn)，以10 m為點(diǎn)距，在4306運(yùn)輸順槽布置121個測點(diǎn)，編號依次為0～120號；在4306回風(fēng)順槽同樣布置121個測點(diǎn)，編號依次為0～120號。發(fā)射（供電）點(diǎn)距50 m，運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽各25個發(fā)射點(diǎn)，共計50個。

4 4306工作面富水異常分析

4.1 頂板富水異常區(qū)

以工作面運(yùn)輸順槽切眼處為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系，異常位置的描述依此坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行。圖3（a）為頂板128Hz工作頻率探測視電導(dǎo)率異常成果圖，共圈定1處高視電導(dǎo)率異常（編號為YC1），該異常位于工作面內(nèi)，距離0號探測690～715 m，距離回風(fēng)順槽9～45 m，面積約770 m2，異常呈橢圓狀分布，異常范圍較小、強(qiáng)度較低。該工作頻率主要反映頂板上0～50 m層段地層地電特征，綜合分析該異常為煤層頂板0～50 m層段砂巖裂隙水所致，富水性弱。圖3（b）為頂板16 Hz工作頻率探測視電導(dǎo)率異常成果圖，共圈定1處高視電導(dǎo)率異常（編號為YC1），該異常位于工作面內(nèi)，距離0號探測點(diǎn)695～735 m，距離回風(fēng)順槽9～61 m，面積約1 500 m2，異常呈橢圓狀分布，異常范圍較小、強(qiáng)度較低。該工作頻率主要反映頂板50~100 m層段附近地層地電特征，綜合分析煤層頂板50~100 m層段范圍內(nèi)砂巖裂隙水所致，富水性弱。

圖3 4306工作面頂板視電導(dǎo)率異常成果Fig.3 Results of roof apparent conductivity abnormal area of No.4306 Face

4.2 順層方向富水異常區(qū)

圖4為順層探測視電導(dǎo)率異常成果圖，共圈定1處高視電導(dǎo)率異常（編號為YC1），該異常位于工作面內(nèi)，距離0號探測點(diǎn)620～660 m，距離回風(fēng)順槽0～34 m，面積約1 200 m2，異常呈半橢圓狀分布，異常范圍較小、強(qiáng)度較低，綜合分析煤層中存在裂隙水所致，富水性弱。

圖4 4306工作面順層探測視電導(dǎo)率異常成果Fig.4 Results of bedding detection apparent conductivity abnormal area of No.4306 Face

4.3 底板富水異常區(qū)

圖5（a）為底板128 Hz工作頻率探測視電導(dǎo)率異常成果圖，整體視電導(dǎo)率值較均一，強(qiáng)度低，未劃分異常區(qū)。該工作頻率主要反映底板下0～50 m層段地層地電特征，綜合分析煤層底板0～50 m層段內(nèi)砂巖富水性很弱。圖5（b）為底板16 Hz工作頻率探測視電導(dǎo)率異常成果圖，整體視電導(dǎo)率值較均一，強(qiáng)度低，未劃分異常區(qū)。該工作頻率反映底板50～100 m層段附近地層地電特征，綜合分析煤層底板50～100 m層段砂巖富水性較弱。

圖5 4306工作面底板探測視電導(dǎo)率異常成果Fig.5 Results of floor apparent conductivity abnormal area of No.4306 Face

5 音頻電透視探測成果綜合分析

綜合對比上述探測成果，并結(jié)合礦方資料綜合分析，圈定1處電性異常區(qū)，如圖6所示。

圖6 4306工作面音頻電透視探測綜合成果圖Fig.6 Geological interpretation of comprehensive results of audio electric perspective detection in No.4306 Face

YC1異常區(qū)在頂板128 Hz、16 Hz頻率探測中圈定，異常位于工作面靠近回風(fēng)順槽，橫向距切眼約620～735 m處，縱向距離回風(fēng)順槽0～61 m，呈橢圓狀分布，影響面積約4 200 m2，強(qiáng)度較低，工作面頂板巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖、各粒級砂巖，在回風(fēng)順槽該異常附近存在頂板滴淋水現(xiàn)象，綜合分析認(rèn)為該異常可能為頂板砂巖裂隙水所致，富水性弱。在頂板128 Hz視電導(dǎo)率等值線圖中靠近切眼距離回風(fēng)順槽約20 m存在小區(qū)域異常區(qū)，結(jié)合已知地質(zhì)資料分析認(rèn)為是DX8陷落柱影響，范圍太小，不做成果地質(zhì)解釋。

6 結(jié) 論

（1）使用音頻電透視技術(shù)探測了三元煤業(yè)4306工作面頂?shù)装?～100 m和順煤層方向的異常分布特征，通過數(shù)據(jù)處理分析解釋，圈定1處視電導(dǎo)率異常區(qū)域（YC1），解釋為頂板砂巖裂隙水，建議對該異常進(jìn)行工程驗證，查明其賦水特征并揭示異常本質(zhì)。若異常處賦水較多，有明顯的涌水補(bǔ)給，則應(yīng)及時進(jìn)行疏放。

（2）此次研究得到的頂?shù)装甯凰惓^(qū)相關(guān)結(jié)論是根據(jù)音頻電透視探測結(jié)果，并結(jié)合相關(guān)水文地質(zhì)資料分析而來，所采用的資料局限于一定范圍內(nèi)地層的水文條件，所得結(jié)論具有一定的局限性且受到測區(qū)外的含水構(gòu)造的發(fā)育、補(bǔ)給源、采煤方法、回采速度等諸多因素影響。建議回采期間加強(qiáng)水文地質(zhì)觀測及資料收集，發(fā)現(xiàn)異常及時反饋給有關(guān)主管部門，以便及時采取防治水技術(shù)措施，確保生產(chǎn)安全。