綜合物探技術在綜采工作面底板富水性探測中的應用

王鵬江

（晉能控股煤業集團朔州煤電有限公司，山西 懷仁 038300）

水害是煤礦五大災害之一[1-3]，對煤礦安全生產影響巨大。物理探測技術已在煤礦防治水工作中廣泛應用，但是由于不同地質條件，不同物理探測方法其結果往往具有一定的差異性，需要綜合判斷方能指導煤礦安全生產[4-5]。

1 工程概況

1.1 工作面概況

小峪煤礦主要開采石炭系3-5 號煤層和8 號煤層，開采標高+800～+1200 m。寒武-奧陶系巖溶含水層水位標高+900～+1180 m，5 號煤層相對奧灰含水層大部分為帶壓開采。301 盤區5 號層8103 工作面位于井田中北部，工作面北部為H=47 m 斷層，南部為301 盤區右翼回風巷和右翼皮軌合一巷，西部與東部均為實體煤。其中，5103 巷長890 m，2103 巷長1030 m，工作面寬180 m，工作面煤層坡度平緩，煤質疏松。5 號煤層厚4～7.2 m，平均5.6 m，煤層自然傾角2°～5°，平均為3°。工作面布置如圖1。

圖1 工作面布置圖

1.2 地質構造

8103 工作面范圍內有三條斷層影響，F8 正斷層位于2103 巷里程40 m 處，影響范圍15 m，走向北東25°～45°，傾向北西，傾角65°，落差約2 m，延伸長度30 m。F9正斷層位于2103巷里程270 m處，影響范圍25 m，走向北西60°，傾向南西，傾角75°，落差約3 m，延伸長度50 m。F303 正斷層位于8103 工作面北部，走向北西，傾向南西，傾角60°，落差47～50 m，井田內延伸長度＞1800 m。

2 綜合物探分析

2.1 無線電波坑道透視分析

（1）測點布置

在8103 工作面2103 巷和5103 巷中同時進行施工，8103 工作面2103 巷和5103 巷分別布置86 個接收采集測點，接收點距10 m，16 個發射點，發射點距50 m。每個發射點對應11 個接收點。每個發射點發射時長預計3 min，搬站時長預計2 min，單巷發射完畢需80 min，8103 工作面全部發射接收采集時長共需160 min。

（2）探測結果分析

結合工作面地質資料，通過分析8103 工作面無線電波坑道透視結果（如圖2 所示），確定了2個高阻異常區和2 個低阻異常區，結論如下：

圖2 8103 工作面煤層無線電波坑道透視結果圖

① 工作面采位0～50 m為本次探測區域異常區，即1 號低阻異常區，影響范圍小，主要影響靠近2103 巷，推斷異常區為斷層破碎帶。因此，建議打鉆驗證，回采工作前提前準備過斷層措施，加強頂板支護，做好預防奧灰突水措施和排水工作，做好預測預報工作。

② 采位750～850 m 為本次探測區域異常區，為2 號低阻異常區，異常反應明顯，主要影響靠近5103 巷，推斷異常區為斷層破碎帶。煤厚異常變薄，建議打鉆驗證，回采工作前提前準備過斷層措施，加強頂板支護，做好預防奧灰突水措施和排水工作，做好預測預報工作。

③ 2103 巷20～30 號點和5103 巷515～532 號點之間、2103 巷55～60 號點和5103 巷560～565 號點之間煤層異常增厚帶（層滑逆斷層），這些區域煤層頂底板巖石破碎，要加強防漏頂工作。

2.2 音頻直流電透視分析

（1）測點布置

在8103 工作面5103 巷和2103 巷中同時進行施工，8103 工作面5103 巷布置86 個接收坐標測點，接收點距10 m，16 個發射點，發射點距50 m；2103 巷布置86 個接收坐標測點，接收點距10 m，16 個發射點，發射點距50 m。本次探測測點間距設定為10 m，發射點間距為50 m，每個發射點對應30 個接收點。本次物探工作在8103 工作面5103巷、2103 巷各布置發射點16 個，共計32 個發射點。為了探測該區段頂板上不同深度的水文地質狀況，礦井音頻電透視施工時采用F=128 Hz、16 Hz 兩個頻點依次發射采集。

（2）探測結果分析

① 電導率層析分析

8103 工作面音頻直流電透視電導率層析成像結果如圖3 和圖4。8103 工作面底板方向探測128 Hz 電導率平面圖中最大電導率值為23.3 S/m，最小電導率值為12.5 S/m，平均為18 S/m，說明工作面底板下方40 m 水平切面內僅5103 巷780 m 處和5103、2103 巷500 m 處局部存在含水區域；8103工作面底板方向探測16 Hz 電導率平面圖中最大電導率值為11.8 S/m，最小電導率值為7.2 S/m，平均為9.4 S/m，說明工作面底板下方80 m 水平切面內僅5103 巷780 m 處和5103、2103 巷450～500 m 處局部存在含水區域。

圖3 8103 工作面底板方向探測128 Hz 電導率平面圖

圖4 8103 工作面底板方向探測16 Hz 電導率平面圖

② 電阻率層析分析

通過探測可知，8103 工作面底板方向探測128 Hz 電阻率平面圖中最大電阻率值為130 Ω·m，最小電阻率值為30 Ω·m，平均為70 Ω·m，說明工作面底板下方40 m 水平切面內僅5103 巷780 m 處和5103、2103 巷500 m 處局部存在含水區域；8103工作面底板方向探測16 Hz 電導率平面圖中最大電阻率值為230 Ω·m，最小電導率值為60 Ω·m，平均為100 Ω·m，說明工作面底板下方80 m 水平切面內僅5103 巷780 m 處和5103、2103 巷450～500 m 處局部存在含水區域。

2.3 瞬變電磁探測分析

（1）測點布置

在5103 巷和2103 巷進行瞬變電磁數據采集，另外在切巷及皮軌巷也進行了采集，共布置4 條測線，分別在5103 巷、2103 巷、切巷、皮軌巷中進行。

（2）探測結果分析

結合工作面地質資料，對8103 工作面瞬變電磁探測底板不同深度電壓平面等值線圖（如圖5 所示）進行分析，確定了2 個高電壓異常區，結論如下：

圖5 8103 工作面瞬變電磁探測底板電壓平面切片圖

① 根據礦方提供的8103 工作面等高線、等厚線圖和實際揭露地質資料，結合坑透探測成果，分析認為工作面5103 回風巷側探測400～500 m 范圍為本次探測區域異常區，即1 號高電壓異常區，且在60～70 m 深度達到最大值，推斷異常區為斷層破碎帶。因此，建議打鉆驗證，回采工作前提前準備過斷層措施，加強頂板支護，做好預防奧灰突水措施和排水工作，做好預測預報工作。

② 根據礦方提供的8103 工作面等高線、等厚線圖和實際揭露地質資料，結合瞬變探測成果，分析認為工作面5103 回風巷側探測700～750 m 范圍為本次探測區域異常區，即為2 號低阻異常區。異常反應明顯，主要影響靠近5103 巷，推斷異常區為斷層破碎帶，并且煤厚異常變薄，建議打鉆驗證，回采前提前準備過斷層措施，加強頂板支護，做好預防奧灰突水措施和排水工作，做好預測預報工作。

3 物探成果綜合分析

綜合分析以上3 種物探成果，發現4 處低阻異常區域，異常區域位置和形態基本一致，三種方法起到了相互印證的作用。

（1）異常區一位于8103 工作面切眼附近，主要在工作面進風巷0～50 m 位置，坑透、音頻電透、瞬變均為弱異常，分析異常區一可能為底板灰巖巖層存在弱富水性區域。

（2）異常區二位于8103 工作面中部，主要在工作面進風巷、回風巷測點450～500 m 范圍，坑透、音頻電透、瞬變均為中等異常，異常區富水性相對較強。結合已知地質資料，分析異常區二可能為底板灰巖巖層中等富水性區域。

（3）異常區三位于8103 工作面停采線附近，主要在工作面進風巷0#點向東600～730 m 位置以及回風巷0#點向東600～680 m 位置，進、回風巷瞬變電磁成果圖對應較好，音頻電透底板下0～50 m和50～100 m 成果圖對應較好，瞬變電磁成果異常三和音頻電透底板下0～50 m 成果異常五、底板下50～100 m 成果異常八存在異常區重疊，異常范圍相對較大，異常區富水性相對較強。結合已知地質資料，分析異常區三可能為底板灰巖巖層強富水性區域。

4 建議

根據本次8103 工作面采用無線電波透視、音頻電穿透和瞬變電磁三種物探技術對該工作面進風、回風、工作面內部及5 號煤層底板隔水層的構造發育情況、富水異常區的探測結果，結合現場地質資料綜合分析，建議在坑透和音頻電透視異常區一、異常區二、異常區三布設探查孔。