全流程綜合物探技術在煤層底板富水性探測中的應用

張 帥 高 俊 侯群磊

（河南能源化工集團永煤公司永安公司，河南 永城 476600）

河南能源化工集團永煤公司作為全國重要的無煙煤基地之一，礦區煤層淺埋區經多年開采，資源逐漸枯竭，開采已逐步向深部延伸，出現煤層底板下太原組灰巖含水層水壓增大現象，致使突水幾率大大增高。在煤層回采前，需對含水層上開采煤層的安全可靠性進行評價，煤層底板富水性探測技術研究成為關鍵[1-5]。

1 技術路線

因永煤礦區地層沉積序列清晰，地層相對穩定，正常地層組合條件下，地層在橫向和縱向上都有固定變化規律的地層電性特點。礦井瞬變電磁能研究煤層底板平面上的低阻含水體分布特征，礦井直流電法可以揭露垂直于地層方向上不同深度的含水體問題?；诰滤沧冸姶趴碧降奶匦裕馨l射電流關斷時間的影響，早期測量信號畸變，無法準確探測淺層的地質異常體，一般認為存在約15～20 m 的淺部探測盲區，因此其探測范圍內兩順槽存在盲區。運用高密度電法對兩順槽煤巷底板勘探，再進行綜合分析，有效消除勘探盲區，達到精準探查目的，技術路線如圖1。

圖1 綜合探測技術路線圖

2 工程實例

2509 工作面為永煤公司陳四樓煤礦25 采區一個回采工作面，水文地質條件復雜，開采對象為山西組中下部二2#煤，煤層厚度1.9～3.1 m，平均2.5 m。為保障工作面的安全回采，采用瞬變電磁與高密度電法二者相結合的綜合勘探方法對煤層底板下太原組灰巖含水層富水性進行預測。

2.1 初探工程

2.1.1 瞬變電磁探測

瞬變電磁勘探工程使用加拿大GEONICS 公司生產的PROTEM-CM 型瞬變電磁儀，施工前將巷道探測區域內動力電纜、大型機電設備停電，施工時采用1 m×1 m 的多匝數矩形重疊回線裝置進行測量。因同點共圈式裝置發射線圈與接收線圈互感嚴重、盲區較大，對淺層地質信息丟失較多，故施工時采用移動源共面偶極式裝置對工作面底板進行探查。探測時發射線圈與接收線圈一前一后（間距10 m）同時以相同探測傾角（線圈法線角度與水平角之間夾角）布置于相鄰兩測點，二者框面平行，之后再移動至下一測點重復觀測直至測線結束，以盡可能完整地得出勘探區內煤層底板一定范圍內的多個維度的富水性信息。采集到的原始數據，經過專業軟件反演，得到底板巖層視電阻率剖面圖如圖2。

圖2 2509 工作面下順槽瞬變電磁探測視電阻率值剖面圖

根據瞬變電磁勘探視電阻率剖面圖，結合實際地質資料和巷道探測環境，確定陳四樓煤礦2509工作面下順槽向工作面內底板探測視電阻率剖面圖中數值低于3 的為相對富水區。由圖2 可知，自探測開始位置起10～40 m、70～130 m、145～170 m 處視電阻率值出現明顯低阻，疑為底板灰巖承壓水沿裂隙或斷裂帶導高抬升，故將其作為富水異常區域圈定處理。

2.1.2 高密度電法探測

根據探測目的，探測時采用溫納（對稱四極）法探測。在2509工作面下順槽布置高密度電法測線，從外向里共一次布置6 條測線，48 個電極，滾動測量一次，最終得到高密度電法勘探底板灰巖視電阻率圖如圖3。

圖3 2509 工作面下順槽高密度電法物探成果圖

由成果圖可知，自探測開始位置起100～160 m、640～680 m 處視電阻率值出現明顯低阻且從深部至淺部發育較完整，疑為底板灰巖承壓水沿裂隙或斷裂帶導高抬升，故將其作為兩處富水異常區域圈定處理。

2.1.3 物探異常區域鉆探驗證成果分析

依據瞬變電磁法和高密度電法視電阻率成果圖，結合2509 工作面水文地質資料和巷道探測環境，圈定出探測范圍內的底板灰巖富水異常區域，如圖4。

圖4 2509 工作面下順槽底板灰巖富水異常區域平面圖

經過鉆探驗證，物探異常區域內鉆孔出水情況如下：探測區域底板改造鉆孔出水量>30 m3/h 的鉆孔共計12 個，終孔落點在瞬變電磁法物探異常區內的6 個，終孔落點在高密度電法物探異常區內的2 個，探測準確率達到66.7%。

2.2 復探驗證

為驗證底板注漿改造效果，徹底消除富水異常區，在探測區域進行底板改造后，重新進行一次瞬變電磁復探，其成果作為底板注漿改造效果評價、工作面防治水安全評價的重要依據。本區段在鉆探工程結束之后進行了復探，視電阻率剖面圖如圖5。

圖5 2509 下順槽瞬變電磁探測復探視電阻率值剖面圖

由圖可知，經鉆探驗證及底板注漿加固改造后，探測區域內未出現視電阻率值低阻值區，尤其是原先的低阻異常區域在注漿改造后視電阻率值明顯增大，說明底板注漿改造效果較好，底板灰巖含水層已不存在明顯強富水異常。

3 結語

全流程綜合物探技術有效地消除了勘探盲區，達到精準探查目的。在工作面底板改造前進行初探，圈定底板灰巖含水層富水異常區范圍，為鉆孔施工提供標靶，以提高底板改造工程施工效率；檢驗注漿改造效果，保障工作面安全回采。