三維并行電法在底板水探測中的應用

摘要：直流電法對富水區反應明顯。雙巷三維底板探水為最新的電法技術，已在生產實際中成功應用。本次探測擬采用網絡并行電法探測技術進行底板含導水性進行探測，為工作面底板水害防治提供地質依據。

關鍵詞：三維并行電法 底板水 探測

0 引言

某工作面機巷，風巷長約320m，傾斜寬320m，為本次探測范圍。所采煤層為A1煤層，煤厚多為2.0～2.8m。在一灰中布置灰巖疏放水巷道，距A1煤法向距離16～20m。工作面煤層底板16m以下賦存一灰至三灰巖地層，其中三灰地層厚度大，富水性可能較強，對工作面安全回采威脅較大。因此，對煤層底板灰巖地層的富水區分布范圍必需查明，及時做好相關防治水工作。

1 三維并行電法的基本原理

網絡并行電法系統由PC機、測量主機、電極陣列和電纜系統組成。目前所研制的儀器為集中式64道電極。傳統的多道電成像采集系統在每個采樣位置只有4個電極點在工作，2個電極供電，2個電極測量，其余電極閑置。網絡并行電法系統每一電極都能自動采樣。各電極通過網絡協議與主機保持實時聯系，在接受供電狀態命令時電極采樣部分斷開，讓電極處于供電狀態(即供電電極A或B)，否則一直處于在電壓采樣狀態(即測量電極M)，并通過通訊線實時地將測量數據送回主機。通過供電與測量的時序關系對自然場、一次場、二次場電壓數據及電流數據自動采樣，采樣過程沒有空閑電極出現。所采集的數據可進行自然電位、視電阻率和激發極化參數等數據處理。

根據電極觀測裝置的不同，網絡并行電法數據采集方式分為兩種：AM法和ABM法。AM法觀測系統所測量的電位場為點電源場。該裝置與常規二極法類似，布置時采用2根無窮遠線(∞)，1條作為供電電極B極，1條作為公共N極，提供參照標準電位。當測線任一電極供電時（A極），其余電極同時在采集電位（M極）。對AM法采集數據，可以進行二極、三極裝置的高密度電法反演和高分辨地電阻率法反演。ABM法采集數據所反映的是雙異性點電源電場情況，為一對電流電極AB供電，1根無窮遠線作為公共N極，提供參照標準電位，整條測線的其他電極均采集電位值（M極），沒有空閑電極存在。對ABM法采集的電位、電流值，可以進行對稱4極、偶極裝置和微分裝置的高密度電法反演。

2 井下電法應用的物性條件

在煤系地層中，泥巖和砂巖視電阻率相對煤層較低。底板富水區通常與裂隙帶、斷層等構造發育情況相關，表現為相對低電阻率特征。在斷層或裂隙帶不含水的情況下，常有較高的電阻率值反映；在斷層或裂隙帶含水的情況下，通常為低電阻率值范圍。對于不含水的斷層，由煤巖變化所產生的低阻區通常僅現于煤層平面附近，垂向延伸小，而富水區通常在垂向上有較大的延伸，因此，用三維電阻率成像法可以較好地分析構造和富水區的分布情況。

通過多次實踐和實驗探測，對于斷層延展情況，只有落差較大的斷層（落差大于煤厚）才能產生較明顯的電性差異，對于較小的斷層效果不理想。

3 現場施工

3.1 主要儀器設備

直流電法探測儀器采用WBD-1型網絡并行電法儀。

3.2 探測布置

在工作面回風巷、切眼和機巷施工網絡并行電法測線，共施工電法測線2站。每站均采集二組AM法數據，數據一電流電壓變化情況完全一致，電場穩定。電極電流均達20mA以上，采集數據合格率達100%。

4 探測結果

由于巷道很不規則，在相對平直的巷道中電極測線較短，不適宜于單巷三極電測深數據處理，只適合進行雙巷三維電法數據處理。其程序為：對兩站測線電極統一坐標，對電法原始數據解編，進行三維數據格式整理與拼接，將預處理后文件聯合進行三維電阻率反演，采用均質模型反演，并對三維電阻率數據體進行水平切面成圖。

雙巷三維電阻率立體成像，反演采用均質模型，較好反映了底板巖層電性變化情況。探測深度為70m，電阻率變化范圍為0～220Ω.m。通常，相對富水區電阻率閥值在40Ω.m以下（為淺藍～深藍色區域）。從本工作面反演結果來看，電阻率值大多數在50Ω.m以上，反映總體富水性較弱。根據相對電阻率值大小確定相對富水區，將120Ω.m以下范圍（藍綠色范圍）作為相對低阻區，可能反映相對富水區范圍。

根據雙巷三維電法探測結果，共有4個電阻率值低值異常區，各異常區范圍圈定以深度10米切片120Ω.m電阻率等值線為準，以品紅色線圈定。

5 結論

根據雙巷三維電法探測結果，本工作面底板電阻率值較高，目前，富水性總體較弱。實際探測共有4個電阻率值低值異常區，各低阻區情況如下：

①1#低阻區：位于風巷S4點附近，主要低阻范圍在深度5～40m，走向影響約40m，傾斜方向長約40m，為相對較弱低阻反映，可能有一定富水性。

②2#低阻區：靠近切眼，主要低阻范圍在深度5～50 m，走向影響約55m，傾斜方向長約25m，為相對較弱低阻區，可能有一定富水性。

③3#低阻區：靠近機巷一側，主要低阻范圍在深度

5～20m，走向影響約10m，傾斜方向長約30m，為相對較弱低阻區，可能有一定富水性。

④4#低阻區：靠近機巷一側，主要低阻范圍在深度

5～60m，走向影響約80m，傾斜方向長約80m，為相對較強低阻區，富水性較強。