強富水復雜區域裂隙導水通道探查技術研究

宋麗超，王 毅

（山西霍州煤電集團 技術研究院，山西 霍州 041000）

汾源煤業5-103 工作面底板標高+1 160—+1 170 m，井田范圍內奧灰水位平均標高為+1 466 m，工作面帶壓2.96～3.06 MPa。掘進期間已揭露高度為20、7、10 m 的斷層，可能導通底板奧灰水。為防止工作面下部砂巖、奧灰巖水沿構造帶上涌造成出水事故，需要對工作面下部砂巖及奧灰含水層的富水性進行精準探查，確定富水區域，為防治水提供詳實的資料。根據汾源煤業5-103 工作面實際情況，采用直流電法測深、瞬變電磁測深法綜合物探，精確探查工作面及巷道底板下40 m 內奧灰層的富水性。

1 工作面水文地質概況

汾源煤業5-103 工作面所采的5 號煤層平均厚度10 m，位于石炭系太原組中下部，煤層穩定可采，結構復雜，含1～3 層不穩定夾矸，為1/3 焦煤。5-103 工作面煤層頂底板主要巖性為粉砂巖、泥巖、細砂巖、中砂巖、石灰巖，電阻率約在數十至數千歐姆·米，明顯高于水的電阻率，當裂隙發育區、構造帶等充水時，其導電性大為增強，電阻率明顯降低。

2 綜合物探手段探測

2.1 直流電四極測深探測

直流電四極測深探測采用地大華瑞研制的YDZ50 型防爆直流電法儀，如圖1 所示。電極排列和有關技術參數如下：供電極距AB/2 最大64 m，保證探測深度不小于50 m；供電電流50～70 mA，保證足夠的觀測信號和信噪比；供電間距4 m，保證足夠的分辨率和數據采集密度。

圖1 四極測深裝置示意Fig.1 Device of quadrupole exploring depth

根據直流電四極測深探測結果，在礦井電法低阻異常區平面圖內劃分出10 個視電阻率低阻異常區，分別命名為D1～D10，如圖2 所示。

圖2 5- 103 工作面礦井電法視電阻率低阻異常斷面Fig.2 Lowresistivity abnormal profile of mine electric method apparent resistivity in No.5-103 face

D1 位于工作面北部，1032 巷49 號至53 號點之間，靠近1032 巷一側，D1 附近存在H=7 m 斷層，斷裂構造發育，其所在范圍應為工作面底板至奧灰頂界面以上地層破碎帶充水引起的電性反映，應注意其與工作面底板發生水力聯系的可能性。

D2 位于工作面北部，D1 以南，1032 巷36 號至46 號點之間，靠近1032 巷一側，在1032 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在大面積低阻異常反映，D2 附近斷裂構造發育，其所在范圍應為工作面下部地層破碎充水引起的電性反映。D2 與D8低阻區相互聯系，反應為H=5 m、H=9 m 斷層。D8 是此次綜合電法探測發現的大面積低阻異常區之一，位于工作面中部偏北，1031 巷39 號至50號點之間，靠近1031 巷一側，在1031 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在大面積低阻異常反映，D8 附近斷裂構造發育，其所在范圍應為工作面下部地層破碎帶充水引起的電性反映。異常范圍內奧灰含水的可能性較大，存在奧灰通過斷裂破碎帶與工作面底板發生水力聯系的可能性。

D3、D4 位于工作面中部偏北，1032 巷28 號至38 號點之間，靠近1032 巷一側，在1032 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在明顯低阻異常反映，兩異常位于斷面上部，分布面積較小，根據D3、D4 電性分布特征及地質資料分析，其所在范圍應為工作面下部砂巖局部裂隙發育充水引起的電性反映。

D5 位于工作面中部偏南，1032 巷17 號至20號點之間，靠近1032 巷一側，在1032 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在明顯低阻異常反映，異常位于斷面中下部，分布面積較大，根據D5 電性分布特征及地質資料分析，其所在范圍應為奧灰及上部砂巖巖溶裂隙發育充水引起的電性反映。

D6 位于工作面北部，5-103 切巷3 號至7 號點之間，靠近切巷一側，在5-103 切巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在明顯低阻異常反映，主要反應為H=5 m、H=9 m 斷層，根據D6 電性分布特征及地質資料分析，其所在范圍應為工作面下部砂巖局部裂隙發育充水引起的電性反映。

D7 位于1031 巷53 號至56 號點之間；D9 位于1031 巷31 號至35 號點之間，D10 位于工作面中部偏南；1031 巷14 號至19 號點之間。3 個異常區均靠近1031 巷一側，在1032 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在小范圍低阻異常反映，根據D7、D9、D10 電性分布特征及地質資料分析，其所在范圍應為工作面下部砂巖局部破碎或裂隙發育充水引起的電性反映。

2.2 瞬變電磁法底板測深探測

瞬變電磁法底板測深探測采用加拿大Geonics公司生產的PROTEM47 瞬變電磁儀，PROTEM 接收機具有24 位瞬時分辨率，29 位系統分辨率，270 kHz 帶寬，微秒級的30 個采樣門和XYZ 三分量同時觀測等特點，廣泛應用于井下富水性探測。礦井PROTEM47 瞬變電磁儀底板富水性探測劃分出5 個視電阻率低阻異常區，分別命名為S1～S5，如圖3 所示。

圖3 5- 103 工作面瞬變電磁視電阻率等值線斷面Fig.3 Contour profile of transient electromagnetic apparent resistivity in No.5-103 face

S1 位于工作面北部，1032 巷51 號至54 號點之間，靠近1032 巷一側，異?？v向延展距離較長，呈長條帶狀反映，S1 附近斷裂構造發育，位置與D1 相近，其所在范圍應為工作面下部地層破碎充水引起的電性反映，應注意異常范圍內工作面底板與下部奧灰含水層通過斷層發生水力聯系的可能性。

S2 位于1031 巷50 號至52 號點之間，靠近1031 巷一側，異?？v向延展距離較長，呈條帶狀反映，垂向延伸范圍0～-75 m，主要受1031 巷H=5.6 m 斷層影響。

S3 位于1031 巷30 號至33 號點之間，異?？v向延展距離較長，呈條帶狀反映，垂向延伸范圍0～-75 m，所在范圍應為工作面下部砂巖和奧灰巖溶裂隙發育充水引起的電性反映。

S4 位于工作面南部，1031 巷10 號至14 號點之間，異常位于斷面中下部，縱向延展距離較長，呈長條帶狀反映，垂向延伸范圍-20～-75 m。根據S4 電性分布特征及地質資料分析，其所在范圍應為工作面下部砂巖和奧灰巖溶裂隙發育充水引起的電性反映，應注意異常范圍內工作面底板與下部奧灰含水層之間的水力聯系。

S5 位于工作面南部，S4 以南，1031 巷0 號至4 號點之間，異常縱向延展距離較長，上部接近斷面頂部，下部至斷面底部，垂向延伸范圍0～-75 m。S5 與S4 電性反映特征相似，其所在范圍應為工作面下部砂巖和奧灰巖溶裂隙發育充水引起的電性反映，應注意異常范圍內工作面底板與下部奧灰含水層之間的水力聯系。

3 工作面電法和瞬變電磁低阻異常對比分析

5-103 工作面綜合探測推斷成果如圖4 所示。從2 種方法探測成果圖中可以看出，礦井電法低阻異常D1 與瞬變電磁低阻異常S1 對應一致；與D4、D10 對應的瞬變電磁斷面上的相應區域相對低阻特征明顯；D2、D3、D5 因在瞬變電磁測量頂部邊界附近及以上范圍，故無確切的瞬變電磁資料與之對比。

圖4 5- 103 工作面綜合探測推斷成果Fig.4 Results of integrated detection inference in No.5-103 face

4 結 語

對比1031 巷、1032 巷底板礦井電法和瞬變電磁測量的成果圖可以看出低阻異常反映特征基本對應一致，可以認為5-103 工作面礦井電法和瞬變電磁測量成果是可靠的，達到了方法優勢互補、相互驗證和增大探測范圍的目的，可以科學有效的幫助制定正確地防治水措施，確保工作面安全回采。