直流電法在煤層底板注漿改造中的應用效果

劉寶寶++溫亨聰

摘 要：介紹了礦井直流電法的技術原理與井下現場施工方法，重點闡述了直流電法探測在底板注漿改造中起到的指導作用，以實例說明，礦井直流電法探測技術效果良好、重復性高、結論可靠。

關鍵詞：直流電法 底板改造 探測 賦水性

中圖分類號：TD74 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0083-02

1 直流電法探測技術原理與工作方法

直流電法探測是以煤、巖層的導電性差異為基礎，通過人工向地層供入穩定電流，觀測大地電流場的分布規律，從而確定巖、礦體物性及其賦水性的分布規律或地質構造特征。它具有理論成熟、方法靈活、儀器簡便、抗干擾能力強的優點，可用于煤礦水害防治的多個領域，如劃分采掘工作面頂底板巖層貧富水區域、論證工作面回采時的水患危險性并圈定易突水地段、預報掘進工作面前方地質異常構造帶、確定疏水降壓孔位置等[1，2]。

根據探測目的不同，直流電法工作裝置形式有多種。煤礦采煤工作面頂、底板探測通常應用對稱四極測深裝置和三極測深裝置。對稱四極測深裝置工作布置方式為A----M-O-N----B；三極測深裝置工作布置方式為A----M-O-N---- B（∞）。此兩種裝置中A、B均為供電電極，用于以一定電流向巖礦層供電；M、N均為測量電極，用于探測地電場電壓，根據探測點測出的電流、電壓值結合裝置系數就可以換算出巖礦層的視電阻率值[3，4]。通過對不同地點、不同深度巖礦層的視電阻率值進行全方位探測，并對初始采集的數據進行巷道影響和全半空間效應校正、視電阻率反演等處理，可以繪制出探測區域視電阻率斷面圖、平面等值線圖等圖件[5]，結合水文地質資料綜合分析電法圖件、數據等，達到探測巖性、構造和賦水性等目的。

2 直流電法在底板注漿改造中的作用

直流電法探測可以有效的探測出底板巖層相對賦水情況，對工作面底板注漿改造的作用主要體現在以下兩個方面。

2.1 直流電法探測對底板注漿改造具有指導作用

直流電法探測結果中，低阻異常區域主要為巖層破碎、裂隙發育或賦水性相對越強的區域（淺層的低阻異常區域可能為巷道積水、泥濘等因素影響），在工作面底板注漿改造中，可以根據工作面直流電法探測結果，對低阻異常區域進行重點加固，可以極大的提高底板注漿改造的效率。

根據焦煤集團對各個礦區在實施直流電法探測以來，對發生工突水的工作面和該工作面直流電法探測結果進行對比和統計情況看，發生底板突水的區域90%以上為直流電法探測的低阻異常區域。

2.2 直流電法探測對底板注漿改造效果具有驗證作用

一般在工作面注漿改造前后都要進行直流電法探測，通過工作面注漿改造前后物探成果對比，可以根據注漿前后物探成果低阻區域的變化來判定注漿改造效果的好壞。如果注漿改造后原有的低阻區域明顯減少或消失，說明在該處的注漿改造效果良好，反之，則需要進行進一步的驗證。

3 探測實例及效果研究

我們在焦煤集團下屬礦井多個工作面進行了底板巖層賦水性探測，經工作面回采和鉆探驗證，總體準確率達80%以上。下面以馮營公司24121工作面頂板直流電法勘探為例加以說明。

3.1 馮營公司24121工作面水文地質概況及物探前提

（1）水文地質概況：馮營公司24121工作面設計回采長度340 m、寬度85 m。開采二1煤層，煤層埋深370～410 m，平均厚度6.0 m，平均傾角13°。煤層主要受L8灰巖含水層威脅。底板距L8灰巖含水層厚度約為21 m，水壓為MPa，L8灰巖含水層厚度約為8 m，煤層底板隔水層由泥巖、砂質泥巖、粉砂巖組成，中間有一層約0.5 m厚的L9灰巖；由于底板隔水層厚度較小，工作面生產安全主要受底板水害威脅，底板防治水工作重點是防止在采掘過程中底板L8灰巖、含水層發生突水。

②物探前提：24121工作面底部L8灰巖含水層位于巷道底板約23 m處，不含水時視電阻率值較高、含水時視電阻率值明顯降低，具備利用直流電法技術區分該巖層貧、富水的物性前提；同時，該層位置適合直流電法探測控制。

3.2 馮營公司24121工作面直流電法頂板探測成果

圖1為24121工作面下順槽底板注漿加固后直流電法勘探視電阻率斷面圖。依據圖件、數據并結合水文地質資料進行綜合分析，劃分24121工作面巷道附近L8灰巖含水層可能發生突水的區域。由圖中看出以下幾點。

（1）探測范圍內，24121工作面下順槽附近存在多個相對低阻異常區，見圖中藍色陰影區域（紅色陰影區為視電阻率值相對較高區域）。部分低阻區往深部延伸（見圖中紅線所圈區域）。

（2）24121工作面回采時，圖中紅線所圈區域附近不排除發生底板突水的可能性，應提前采取防治水應對措施。其它區段發生底板突水的可能性較小。

（3）建議礦方對直流電法勘探圈定的低阻異常區進行打鉆驗證，探驗巖層賦水性。

4 馮營公司24121工作面直流電法底板板探測成果驗證情況

5 結論

實踐證明，直流電法探測可以有效的探測出底板巖層相對賦水情況，準確預報底板突水危險區域，為底板注漿改造起到指導作用，并對注漿改造效果具有驗證作用，提醒礦方及早采取相應防治水措施，防止發生水害傷人事故，確保安全生產。

直流電法探測技術也有自身的缺點，如全空間場體積效應問題造成方向性較差，影響資料解釋中對異常體具體方位的準確判斷；探測距離相對較近，只能探測巷道附近而無法探測工作面內部巖層賦水性等。這就需要與瞬變電磁等方向性較強的物探技術相配合，并緊密結合水文地質、鉆探等資料，多種手段并用、相互取長補短，綜合分析解釋，提高探測成果可靠性，為煤礦防治水工作保駕護航。

參考文獻

[1] 郭純.強干擾環境下礦井直流電法探測頂板巖層賦水性關鍵技術研究[J].煤礦安全，2013.

[2] 郭純.直流電法探測技術在煤礦防治水方面應用的研究[J].河南理工大學學報，2005（6）：439-442.

[3] 李文軍，郭純.井下直流電法技術應用中的問題[M].中州煤炭，2006（3）：63-65.

[4] 岳建華，劉樹才.礦井直流電法勘探[M].徐州：中國礦業大學出版社，2000.

[5] 邱法林，姜華.直流電法技術在受底板承壓水威脅煤層安全開采中的應用[J].煤炭開采新理論和新技術.endprint

摘 要：介紹了礦井直流電法的技術原理與井下現場施工方法，重點闡述了直流電法探測在底板注漿改造中起到的指導作用，以實例說明，礦井直流電法探測技術效果良好、重復性高、結論可靠。

關鍵詞：直流電法 底板改造 探測 賦水性

中圖分類號：TD74 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0083-02

1 直流電法探測技術原理與工作方法

直流電法探測是以煤、巖層的導電性差異為基礎，通過人工向地層供入穩定電流，觀測大地電流場的分布規律，從而確定巖、礦體物性及其賦水性的分布規律或地質構造特征。它具有理論成熟、方法靈活、儀器簡便、抗干擾能力強的優點，可用于煤礦水害防治的多個領域，如劃分采掘工作面頂底板巖層貧富水區域、論證工作面回采時的水患危險性并圈定易突水地段、預報掘進工作面前方地質異常構造帶、確定疏水降壓孔位置等[1，2]。

根據探測目的不同，直流電法工作裝置形式有多種。煤礦采煤工作面頂、底板探測通常應用對稱四極測深裝置和三極測深裝置。對稱四極測深裝置工作布置方式為A----M-O-N----B；三極測深裝置工作布置方式為A----M-O-N---- B（∞）。此兩種裝置中A、B均為供電電極，用于以一定電流向巖礦層供電；M、N均為測量電極，用于探測地電場電壓，根據探測點測出的電流、電壓值結合裝置系數就可以換算出巖礦層的視電阻率值[3，4]。通過對不同地點、不同深度巖礦層的視電阻率值進行全方位探測，并對初始采集的數據進行巷道影響和全半空間效應校正、視電阻率反演等處理，可以繪制出探測區域視電阻率斷面圖、平面等值線圖等圖件[5]，結合水文地質資料綜合分析電法圖件、數據等，達到探測巖性、構造和賦水性等目的。

2 直流電法在底板注漿改造中的作用

直流電法探測可以有效的探測出底板巖層相對賦水情況，對工作面底板注漿改造的作用主要體現在以下兩個方面。

2.1 直流電法探測對底板注漿改造具有指導作用

直流電法探測結果中，低阻異常區域主要為巖層破碎、裂隙發育或賦水性相對越強的區域（淺層的低阻異常區域可能為巷道積水、泥濘等因素影響），在工作面底板注漿改造中，可以根據工作面直流電法探測結果，對低阻異常區域進行重點加固，可以極大的提高底板注漿改造的效率。

根據焦煤集團對各個礦區在實施直流電法探測以來，對發生工突水的工作面和該工作面直流電法探測結果進行對比和統計情況看，發生底板突水的區域90%以上為直流電法探測的低阻異常區域。

2.2 直流電法探測對底板注漿改造效果具有驗證作用

一般在工作面注漿改造前后都要進行直流電法探測，通過工作面注漿改造前后物探成果對比，可以根據注漿前后物探成果低阻區域的變化來判定注漿改造效果的好壞。如果注漿改造后原有的低阻區域明顯減少或消失，說明在該處的注漿改造效果良好，反之，則需要進行進一步的驗證。

3 探測實例及效果研究

我們在焦煤集團下屬礦井多個工作面進行了底板巖層賦水性探測，經工作面回采和鉆探驗證，總體準確率達80%以上。下面以馮營公司24121工作面頂板直流電法勘探為例加以說明。

3.1 馮營公司24121工作面水文地質概況及物探前提

（1）水文地質概況：馮營公司24121工作面設計回采長度340 m、寬度85 m。開采二1煤層，煤層埋深370～410 m，平均厚度6.0 m，平均傾角13°。煤層主要受L8灰巖含水層威脅。底板距L8灰巖含水層厚度約為21 m，水壓為MPa，L8灰巖含水層厚度約為8 m，煤層底板隔水層由泥巖、砂質泥巖、粉砂巖組成，中間有一層約0.5 m厚的L9灰巖；由于底板隔水層厚度較小，工作面生產安全主要受底板水害威脅，底板防治水工作重點是防止在采掘過程中底板L8灰巖、含水層發生突水。

②物探前提：24121工作面底部L8灰巖含水層位于巷道底板約23 m處，不含水時視電阻率值較高、含水時視電阻率值明顯降低，具備利用直流電法技術區分該巖層貧、富水的物性前提；同時，該層位置適合直流電法探測控制。

3.2 馮營公司24121工作面直流電法頂板探測成果

圖1為24121工作面下順槽底板注漿加固后直流電法勘探視電阻率斷面圖。依據圖件、數據并結合水文地質資料進行綜合分析，劃分24121工作面巷道附近L8灰巖含水層可能發生突水的區域。由圖中看出以下幾點。

（1）探測范圍內，24121工作面下順槽附近存在多個相對低阻異常區，見圖中藍色陰影區域（紅色陰影區為視電阻率值相對較高區域）。部分低阻區往深部延伸（見圖中紅線所圈區域）。

（2）24121工作面回采時，圖中紅線所圈區域附近不排除發生底板突水的可能性，應提前采取防治水應對措施。其它區段發生底板突水的可能性較小。

（3）建議礦方對直流電法勘探圈定的低阻異常區進行打鉆驗證，探驗巖層賦水性。

4 馮營公司24121工作面直流電法底板板探測成果驗證情況

5 結論

實踐證明，直流電法探測可以有效的探測出底板巖層相對賦水情況，準確預報底板突水危險區域，為底板注漿改造起到指導作用，并對注漿改造效果具有驗證作用，提醒礦方及早采取相應防治水措施，防止發生水害傷人事故，確保安全生產。

直流電法探測技術也有自身的缺點，如全空間場體積效應問題造成方向性較差，影響資料解釋中對異常體具體方位的準確判斷；探測距離相對較近，只能探測巷道附近而無法探測工作面內部巖層賦水性等。這就需要與瞬變電磁等方向性較強的物探技術相配合，并緊密結合水文地質、鉆探等資料，多種手段并用、相互取長補短，綜合分析解釋，提高探測成果可靠性，為煤礦防治水工作保駕護航。

參考文獻

[1] 郭純.強干擾環境下礦井直流電法探測頂板巖層賦水性關鍵技術研究[J].煤礦安全，2013.

[2] 郭純.直流電法探測技術在煤礦防治水方面應用的研究[J].河南理工大學學報，2005（6）：439-442.

[3] 李文軍，郭純.井下直流電法技術應用中的問題[M].中州煤炭，2006（3）：63-65.

[4] 岳建華，劉樹才.礦井直流電法勘探[M].徐州：中國礦業大學出版社，2000.

[5] 邱法林，姜華.直流電法技術在受底板承壓水威脅煤層安全開采中的應用[J].煤炭開采新理論和新技術.endprint

摘 要：介紹了礦井直流電法的技術原理與井下現場施工方法，重點闡述了直流電法探測在底板注漿改造中起到的指導作用，以實例說明，礦井直流電法探測技術效果良好、重復性高、結論可靠。

關鍵詞：直流電法 底板改造 探測 賦水性

中圖分類號：TD74 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0083-02

1 直流電法探測技術原理與工作方法

直流電法探測是以煤、巖層的導電性差異為基礎，通過人工向地層供入穩定電流，觀測大地電流場的分布規律，從而確定巖、礦體物性及其賦水性的分布規律或地質構造特征。它具有理論成熟、方法靈活、儀器簡便、抗干擾能力強的優點，可用于煤礦水害防治的多個領域，如劃分采掘工作面頂底板巖層貧富水區域、論證工作面回采時的水患危險性并圈定易突水地段、預報掘進工作面前方地質異常構造帶、確定疏水降壓孔位置等[1，2]。

根據探測目的不同，直流電法工作裝置形式有多種。煤礦采煤工作面頂、底板探測通常應用對稱四極測深裝置和三極測深裝置。對稱四極測深裝置工作布置方式為A----M-O-N----B；三極測深裝置工作布置方式為A----M-O-N---- B（∞）。此兩種裝置中A、B均為供電電極，用于以一定電流向巖礦層供電；M、N均為測量電極，用于探測地電場電壓，根據探測點測出的電流、電壓值結合裝置系數就可以換算出巖礦層的視電阻率值[3，4]。通過對不同地點、不同深度巖礦層的視電阻率值進行全方位探測，并對初始采集的數據進行巷道影響和全半空間效應校正、視電阻率反演等處理，可以繪制出探測區域視電阻率斷面圖、平面等值線圖等圖件[5]，結合水文地質資料綜合分析電法圖件、數據等，達到探測巖性、構造和賦水性等目的。

2 直流電法在底板注漿改造中的作用

直流電法探測可以有效的探測出底板巖層相對賦水情況，對工作面底板注漿改造的作用主要體現在以下兩個方面。

2.1 直流電法探測對底板注漿改造具有指導作用

直流電法探測結果中，低阻異常區域主要為巖層破碎、裂隙發育或賦水性相對越強的區域（淺層的低阻異常區域可能為巷道積水、泥濘等因素影響），在工作面底板注漿改造中，可以根據工作面直流電法探測結果，對低阻異常區域進行重點加固，可以極大的提高底板注漿改造的效率。

根據焦煤集團對各個礦區在實施直流電法探測以來，對發生工突水的工作面和該工作面直流電法探測結果進行對比和統計情況看，發生底板突水的區域90%以上為直流電法探測的低阻異常區域。

2.2 直流電法探測對底板注漿改造效果具有驗證作用

一般在工作面注漿改造前后都要進行直流電法探測，通過工作面注漿改造前后物探成果對比，可以根據注漿前后物探成果低阻區域的變化來判定注漿改造效果的好壞。如果注漿改造后原有的低阻區域明顯減少或消失，說明在該處的注漿改造效果良好，反之，則需要進行進一步的驗證。

3 探測實例及效果研究

我們在焦煤集團下屬礦井多個工作面進行了底板巖層賦水性探測，經工作面回采和鉆探驗證，總體準確率達80%以上。下面以馮營公司24121工作面頂板直流電法勘探為例加以說明。

3.1 馮營公司24121工作面水文地質概況及物探前提

（1）水文地質概況：馮營公司24121工作面設計回采長度340 m、寬度85 m。開采二1煤層，煤層埋深370～410 m，平均厚度6.0 m，平均傾角13°。煤層主要受L8灰巖含水層威脅。底板距L8灰巖含水層厚度約為21 m，水壓為MPa，L8灰巖含水層厚度約為8 m，煤層底板隔水層由泥巖、砂質泥巖、粉砂巖組成，中間有一層約0.5 m厚的L9灰巖；由于底板隔水層厚度較小，工作面生產安全主要受底板水害威脅，底板防治水工作重點是防止在采掘過程中底板L8灰巖、含水層發生突水。

②物探前提：24121工作面底部L8灰巖含水層位于巷道底板約23 m處，不含水時視電阻率值較高、含水時視電阻率值明顯降低，具備利用直流電法技術區分該巖層貧、富水的物性前提；同時，該層位置適合直流電法探測控制。

3.2 馮營公司24121工作面直流電法頂板探測成果

圖1為24121工作面下順槽底板注漿加固后直流電法勘探視電阻率斷面圖。依據圖件、數據并結合水文地質資料進行綜合分析，劃分24121工作面巷道附近L8灰巖含水層可能發生突水的區域。由圖中看出以下幾點。

（1）探測范圍內，24121工作面下順槽附近存在多個相對低阻異常區，見圖中藍色陰影區域（紅色陰影區為視電阻率值相對較高區域）。部分低阻區往深部延伸（見圖中紅線所圈區域）。

（2）24121工作面回采時，圖中紅線所圈區域附近不排除發生底板突水的可能性，應提前采取防治水應對措施。其它區段發生底板突水的可能性較小。

（3）建議礦方對直流電法勘探圈定的低阻異常區進行打鉆驗證，探驗巖層賦水性。

4 馮營公司24121工作面直流電法底板板探測成果驗證情況

5 結論

實踐證明，直流電法探測可以有效的探測出底板巖層相對賦水情況，準確預報底板突水危險區域，為底板注漿改造起到指導作用，并對注漿改造效果具有驗證作用，提醒礦方及早采取相應防治水措施，防止發生水害傷人事故，確保安全生產。

直流電法探測技術也有自身的缺點，如全空間場體積效應問題造成方向性較差，影響資料解釋中對異常體具體方位的準確判斷；探測距離相對較近，只能探測巷道附近而無法探測工作面內部巖層賦水性等。這就需要與瞬變電磁等方向性較強的物探技術相配合，并緊密結合水文地質、鉆探等資料，多種手段并用、相互取長補短，綜合分析解釋，提高探測成果可靠性，為煤礦防治水工作保駕護航。

參考文獻

[1] 郭純.強干擾環境下礦井直流電法探測頂板巖層賦水性關鍵技術研究[J].煤礦安全，2013.

[2] 郭純.直流電法探測技術在煤礦防治水方面應用的研究[J].河南理工大學學報，2005（6）：439-442.

[3] 李文軍，郭純.井下直流電法技術應用中的問題[M].中州煤炭，2006（3）：63-65.

[4] 岳建華，劉樹才.礦井直流電法勘探[M].徐州：中國礦業大學出版社，2000.

[5] 邱法林，姜華.直流電法技術在受底板承壓水威脅煤層安全開采中的應用[J].煤炭開采新理論和新技術.endprint