虎龍溝煤礦81517 工作面頂底板富水性探測

劉鵬程

（晉能控股煤業集團挖金灣虎龍溝煤業有限公司，山西 朔州 038300）

1 概況

挖金灣虎龍溝煤礦81517 工作面南部與盤區運輸大巷相接，北部鄰近塔山礦礦界。81517 工作面走向長950 m，傾斜長180 m。主采5 號煤，煤層總厚度9.65～14.11 m，平均煤厚11.98 m。由于受火成巖順層侵入煤層影響，上部煤厚1.50～6.46 m 變質，平均厚4.71 m； 下部正常煤厚6.02～8.15 m，平均厚7.27 m。煤層結構復雜，厚度變化穩定，含泥巖及火成巖。回采過程中經常遇到各種未明積水，富水隱患威脅工作面的安全產生。綜合分析81517 工作面內煤層頂底板富水性情況，確定工作面含水區域的深度與位置，方便開采階段的防水排水方案的確定。采用物探技術對該工作面進行探測[1-6]，分析與評價其富水性，圈定富水異常區范圍[7-10]，對其防治水工作提供指導。

2 音頻電透視法探測原理

音頻電透視方法是一種直流電場分布監測方法，通過人工低頻電流的介入，根據不同物質電導性的差異，形成不同的電場分布圖，根據電場分布圖的解讀，完成井下探測。煤層中不同類型的巖質和煤質以及井下人工構建物的鋪設，會影響到人工電場的分布。不同頻率的電流介入，可探測的深度不同，這就為該方法的分層探測提供了理論支持。根據施工技術、圖像成型、圖像處理等技術的差異，在井下工作面含水情況探測的精度也會不同。采用該方法時，將含水區域模擬為一類地質體如圖1 所示，含水區域的電透視圖上的異常幅度、寬度、大小以及電性突變的程度和探測的電流頻率等都能反映出含水區域的特點。一般來說，圖像上的異常體越大，電性突變程度越高，異常幅度就會越大，說明含水區域規模越大；采用的探測電流頻率越低，含水層深度就越深。

圖1 含水構造的模擬及電位異常反映特征

3 81517 工作面頂底板水探測施工

施工布置測點以81517 工作面兩巷巷口的拐點為起點，分別在21517 巷道、51517 巷道的切巷位置結束編點，以10 m 為點距編號標記。21517巷道以巷口（位置標記1 點）開始由外向里按10 m間隔標記點號，點號標記范圍為1 點～96 點。51517 巷道以巷口（位置標記1 點）開始由外向里按10 m 間隔標記點號，點號標記范圍為1 點～96點。設計發射點的間距為50 m，接收點距10 m。探測控制81517 工作面走向長度950 m，傾向長度180 m。實際探測點共計192 個坐標點。

測網密度為：接收點距10 m、供電點距50 m，無窮遠電極與最近的接收/ 發射電極距離大于500 m。針對每個供電點，在另一巷道與之對稱點附近一定區段進行扇形掃描接收，如圖2 所示。

圖2 81517 工作面音頻電透視施工布置

本次探測工作在81517 工作面21517 巷道、51517 巷道分別布置發射點20 個，共計40 個發射點。發射端與接收端通過連接線對發射采集時間進行同步，即到固定某一時間所有收發電極都固定在對應的點位上。為了探測81517 工作面頂底板0～100 m 的煤巖層富水性情況，礦井音頻電透視施工時采用F=16 Hz、128 Hz 兩個頻點進行采集； 每個發射點單頻發射后平均對應54 個接收點； 其中21517 巷道累計接收2 160 個物理點，51517 巷道累計接收2 160 個物理點，檢查點256 個，共計采集4 576 個物理點。

4 81517 工作面頂底板水探測成果

按照頻率域電場理論及實際探測經驗，判定工作頻率為128 Hz 視電導率探測結果的有效探測深度為0～50 m 煤巖層段；16 Hz 視電導率探測結果的有效探測深度范圍為50～100 m 煤巖層段。獲得的音頻電透視法平面圖中數值相同的區域指的是在相同的深度層面下，工作面某一平面煤層地質電導率基本相同，非等值線區域代表了不同的地質電導率巖層結構。采用音頻電透視探測形成的圖像如果視電導率等值線分布勻稱、過渡平滑，說明探測的地層巖性結構簡單，地質地層分布均勻；如果圖像電導率等值線分布不均勻，一般都呈現出非規格的長條形或圓形，說明該區域大概率存在富水區。

4.1 工作面底板0～50 m 成果圖

圖3 為81517 工作面底板0～50 m 層段音頻電透視電導率平面圖，該圖主要反映工作面底板0～50 m 范圍內巖層的電性特征。如圖3 所示，工作面內該層位發現有一處高電導率值異常，位于工作面距巷口0～20 m 之間，位于兩側巷道的中間部位，范圍小，異常幅值相對高，可靠性低。據現場探測條件及干擾綜合分析推斷為干擾異常區。

圖3 81517 工作面底板0～50 m 層段音頻電透視電導率平面

4.2 工作面底板50～100 m 成果圖

圖4 為81517 工作面底板50～100 m 層段音頻電透視電導率平面圖，該圖主要反映工作面底板50～100 m 范圍內巖層的電性特征。如圖4 所示，工作面內該層位發現有兩處高電導率值異常，異常區一位于51517 距巷口790～830 m 之間，位于兩側巷道中間，范圍不大，異常幅值相對高，可靠性高，推斷為煤巖層裂隙富水或積水；異常區二位于21517 巷道一側距巷口870～900 m 之間，范圍較小，異常幅值相對高，可靠性低，據現場探測條件及干擾綜合分析推斷為干擾異常區。

圖4 81517 工作面底板50～100m 層段音頻電透視電導率平面

4.3 工作面頂板0～50 m 成果圖

圖5 為81517 工作面頂板0～50 m 層段音頻電透視電導率平面圖，該圖主要反映工作面頂板0～50 m 范圍內巖層的電性特征。如圖5 所示，工作面內該層位發現有兩處高電導率值異常： 異常區一位于51517 距巷口210～270 m 之間，位于兩側巷道的中間部位，范圍不大，異常幅值相對高，可靠性中等，推斷為局部煤巖層裂隙富水或積水；異常區二位于21517 巷道一側距巷口230～390 m之間，范圍較大，異常幅值相對高，可靠性高，推斷為局部煤巖層裂隙富水或積水。

圖5 81517 工作面頂板0～50m 層段音頻電透視電導率平面

4.4 工作面頂板50～100 m 成果圖

圖6 為81517 工作面頂板50～100 m 層段音頻電透視電導率平面圖，該圖主要反映工作面頂板50～100 m 范圍內巖層的電性特征。如圖6 所示，工作面內該層位發現有一處高電導率值異常，位于工作面距巷口140～270 m 之間，位于21517巷道一側向工作面方向延伸，范圍不大，異常幅值相對高，可靠性中等，推斷為局部煤巖層裂隙富水或積水。

圖6 81517 工作面頂板50～100 m 層段音頻電透視電導率平面

4.5 工作面范圍音頻電透視法探測綜合解釋成果圖

最終完成的81517 工作面音頻電透視法探測綜合解釋成果如圖7 所示，結合礦方資料綜合分析81517 工作面音頻電透視法探測底板共有一處富水異常區，富水異常范圍位于底板50～100 m；具體位置位于工作面距巷口790～870 m 處，位于兩巷道中間，工作面的中部，范圍不大，異常幅值相對高，可靠性高，推斷為煤巖層裂隙富水或積水。對探測出的富水異常區需要礦方進行驗證。

圖7 81517 工作面音頻電透視法探測綜合解釋成果

81517 工作面音頻電透視法探測頂板共有一處富水異常區，不同深度的平面圖異常位置大致吻合，富水異常范圍以頂板50～100 m 的成果為主，具體位置位于工作面距巷口130～300 m 處，位于兩巷道的中間，工作面的中部，范圍大，異常幅值相對高，可靠性高，推斷為煤巖層裂隙富水或積水。探測出的富水異常區需要礦方進行驗證。

5 結論

1）采用礦井音頻電透視法對挖金港虎龍溝煤礦81517 工作面煤層頂底板的富水性進行探測，施工采用16 Hz 視電導率探測50～100 m 煤巖層段含水情況，采用128 Hz 視電導率探測0～50 m煤巖層段含水情況，判定工作面130～300 m 頂板和790～870 m 處底板有兩富水區，這是根據探測圖像以及挖金灣虎龍溝煤礦的水文地質資料綜合分析判斷的結果，實際富水區埋深還有待進一步驗證。

2）根據視電導率值大小、分布形態，結合已有的地質和水文地質資料等綜合分析，對以上各異常區，應積極采取鉆孔探放水措施。考慮到工作面回采等各種因素，鉆孔探放水應首先施工相對較強富水區及先回采塊段部分，鉆孔施工應選擇異常區內相對集中且視電導率值異常幅度大的區域。

3）探測到的井下富水區情況會隨著水文地質條件的變化以及含水構造的發育、富水區域水壓的變化而變化，涌水情況也會受到采煤工藝、掘進方式和回采速度等因素影響。因此在進行該區域煤層開采時，需要對工作面范圍內的富水情況進行精測，并確定涌水量以及排水措施，防止透水等事故發生，確保井下開采安全。