0 引言
并行电法透视系统是以YBT32矿用并行电法仪为基础，采用时间同步的收发分离方式，现场布置时是在工作面的其中一条巷道内按一定间距布置多个发射点电源，在另侧巷道内采用多个并行电极组扫描式接收一定角域范围的电场数据，待完成一个轮回的收发观测任务后，将发射与接收装置进行互换，实现双向全场覆盖观测，如图1所示。实际勘探时，可根据工作面宽度、巷道条件及探测目标等情况，选择观测的角域范围及沿x或y方向电场值。相对以往工作面探水方法，该系统采用了基于时间约定的多道并行数据采集方式，数据体间的同步性好，改善了不同时间观测数据的噪声干扰问题，同时大幅提高了现场工作效率，减轻了实测工作对煤矿生产进度的影响。
1 工程概况
1.1工作面概况
14104工作面位于一采区，北临+665回风巷，东为未采区，西临DF9断层，南为预留天然气管道保护煤柱，14104胶带顺槽距断层保护煤柱线最短为185米。14104两条顺槽呈方位角160°布置，工作面顺槽长度1918m，切眼呈方位角70°布置，切眼长度约250m。该工作面所采煤层为4号煤，结构复杂，含1-5层夹矸，夹矸厚度在0.02-0.6m之间。煤层平均厚度为10.10m，煤层倾角在2-3度之间，煤层较稳定，以暗煤为主亮煤次之。直接顶主要为粉砂岩，性脆易碎；直接底为泥岩，褐色，高岭质矿物含量较高。详见图1-1综合柱状图。
1.2 探测目的及任务
根据《煤矿防治水规定》的要求，工作面回采前必须查明底板富水性，编制水文地质情况报告，为工作面防治水工作提供技术依据，采用交流电透视手段查明工作面底板岩层富水情况。
本次勘探，结合现场条件，采用交流电透技术，完成以下任务：探查14104工作面煤层底板岩层富水性情况。
2 探测方法简介
2.1 物性解释基础
工作面内及煤层顶底板岩层内的富水区，通常表现为高电导率异常。工作面内的较大落差断层(>1/2煤厚)，在断层两侧常存在煤层变薄现象，电阻率相对变低；而厚层煤区则表现为相对高阻。因此，富水区范围和煤层变薄区等与正常煤层间存在明显的电性差异，可以进行电法探测来查明相关问题。从电性上分析，不同岩性的地层其一般规律为：灰岩、煤层电阻率值相对较高、砂岩次之、粘土岩类最低。即泥岩、粘土岩、粉砂岩等与灰岩、煤层的导电性差异明显。一旦存在断层等含水地质构造，都将打破地层原有的电性分布规律。这种变化特征的存在，给以导电性差异为应用基础的电法探测技术的实施提供了良好的地球物理前提。
2.2 交流电透视技术方法
由于地下各种岩石之间存在导电差异(表2-1所示)，影响着人工电场的分布形态。矿井交流电穿透法就是利用专门的仪器在井下观测人工场源的分布规律来达到解决地质问题的目的。
交流电透视法是以直流电法理论为基础，现场观测频率域电场信号，信噪比高，对工作面底板异常的平面分辨能力相对较好。与传统的音频电透技术相比矿井并行交流电透使用的频域更宽，分辨率更高，透视距离更大，施工效率更高。
1)地电模型及点源场的分布特征
与地面电法不同的是，矿井交流电穿透法以全空间电场分布理论为基础。对于均匀全空间，点电源产生的电场分布特征，可用如下关系式表达： 某煤矿煤层与其顶、底板(一般为砂岩、泥岩互层)具有明显的电性差异。而煤层相对其顶、底板为高阻层，可用图2-1所示的三层地电模型来模拟上述电性组合特征。
根据镜像法，可以求出全空间内任意点的电位表达式为： 2)含水构造对点源场的电位影响
含水构造可以模拟为局部地质体，如图2-2c所示。
对于井下局部地质体的附加场，可用导电球来说明问题。即电流场中导体的异常可以近似地看作电偶极子的异常。其表达式为： 根据(2-5)式、(2-10)式可以看出异常曲线(U/U0)是以点源A与地质体连线的沿线为对称轴的轴对称曲线，如图2-2b所示。异常幅度、宽度与异常体的大小、异常体与围岩的电性差异及距收发面的距离等有关。异常体规模(体积与含水强弱的综合反映)越大、与围岩的电性差异越大、距收、发面距离越小，异常幅度就越大；反之则越小。图2-2c为底板下存在含水体与不含局部水体等两种条件下电位测量曲线的比较示意图。
3 现场数据采集
3.1 测点布置及工作量统计
在设计中，物探测点以14104工作面两顺槽与切眼的拐点为起点分别在胶带巷、辅运巷编点，用皮尺量距，以10m为点距编号。
14104胶带巷以切眼拐点为0#点，往退尺方向编至146#点；
14104辅运巷以切眼拐点为0#点，往退尺方向编至146#点。
物探测点与测量导线点联系、校对。
设计发射点的间距为50m，接收点距10m。探测控制14104工作面走向长度约1450m。
矿井交流电透视设计总工作量为625个物理点。
测网密度为：接收点距10m、供电点距50m，针对每个供电点，在另一巷道与之对称点附近一定区段进行扇形扫描接收(如图3-1所示)。
矿井交流电穿透施工时采用128Hz、16Hz两个频点依次测试。在井下施工时，要根据巷道情况、施工中测量发现异常情况及对巷道已揭露断层裂隙区域的充分控制，适当调整发射点位和接收范围。现场测点布置如图3-2。
3.2 技术与质量保证措施
井下施工条件及采取的技术措施：
井下物探施工时，机巷、风巷均有排水管、供电电缆，但因物探使用低频工作，这些因素对物探信号影响较小。
两巷道内个别低洼地段巷道底板积水，积水作为良导电体，容易造成发射信号非点电源、接收信号短路。因此探测时，供电点位置避开水体，实在避不开时，应将供电电极往侧帮上方移动；接收电极MN分别布置在上下两邦上，其连线应垂直顺槽走向。
巷道侧帮都有金属锚网，探测中特别注意保证电极不与金属网接触。
探测中遇见侧帮煤壁松动圈时，特别注意保证电极(特别是MN电极)打在坚实层位上，并尽可能避开积水、淋水地段，避免极化不稳等现象发生。
原始资料质量评述：
为保证原始资料质量，施工严格执行《煤炭电法勘探规范》(MT/T 898-2000)。本次物探工作实际完成音频电透视的总工作量为625个物理点，其中检查点41个，占总工作量的6.56%，符合《煤炭电法勘探规范》中检查点不少于5%的要求。
资料质量以检查点相对均方误差值来衡量。其公式表示为： 式中：n为检测点个数； 为第i个点的原测值； 为第i个点的检测值。
按公式(3-1)计算得到平均均方差为4.88%，符合规范要求不超过5%的质量标准。
4 探测结果分析
附图1、附图2为底板岩层含水性交流电透视探测成果图，成果图中的参数为两个不同深度层段平行于4煤层底板的曲面附近地层的综合视电导率值。
一般而言，在地层岩性切向相对均一的条件下，同一频率建立的电场所获得的视电导率值越高，说明地层的综合导电性越好，含水也就越丰富。为此，按照频率域电场理论及实际探测经验，判定工作频率为128Hz视电导率勘探结果的有效勘探深度为40m，即对应0～40m岩层段；16Hz视电导率勘探结果的有效勘探深度范围为40～90m岩层段。
为确定不同深度岩层的电性异常区域，按照上节的统计解释原则，获得：
(1)14104工作面底板下0～40m层段岩层的视电导率值在0.25～37S/m间变化，平均值为17.27S/m，标准偏差为1.58S/m，该岩层段的异常阈值为17.8S/m；
(2)14104工作面底板下40～90m层段岩层视电导率值在0.133～31S/m间变化，平均值为7.88S/m，标准偏差为0.97S/m,该岩层段的异常阈值为8.2S/m；
按照上述异常阈值标准，对比分析0～40m和40～90m层段的视电导率分布特征，确定14104工作面底板存在5个异常区，编号为1～5号异常。  
5 结论及建议
5.1 探测结论
从以上分析，获得如下探测结论：
(1)矿井音频电透视探测在14104工作面底板岩层中发现5个异常区域。其中：
 1号异常主要发育在工作面外段，距离工作面切眼1050m～1450m。该异常在底板下0～40m和40～90m层段均反映明显，推测该异常区段4煤层底板山西组、太原组岩层裂隙发育，相对富水可能性大；
 2号异常主要发育在工作面偏中段，范围较小，主要赋存在0～40m的层段，在40～90m层段反映较小，推测该异常区段4煤底板浅部砂岩层内裂隙发育，少量含水；
 3号异常发育在工作面偏中段，范围较小，主要赋存在40～90m层段，推测该异常区段4煤底板太原组砂岩层内裂隙发育，少量含水；
 4号和5号异常靠近切眼，分布范围较大，在0～40m的层段仅局部异常明显，在40～90m层段，该异常区分布范围明显扩大，异常幅度增强，但不均一性强，推测该异常区段4煤底板太原组砂岩层内裂隙发育，有一定含水性；
(2)视电导率异常区是相应部位裂隙发育并相对富水所致。
5.2 建议
以上探测结论是根据电法探测资料的实际反映并结合有关水文地质资料分析而来。由于井下电法探测深度(或深度)的限制，实际上成果资料反映的水文地质信息仅局限与一定深度(或高度)范围内地层的水文条件。而矿井涌水的变化不仅受井下电法涉及区域地层的水文地质条件，还与测区外(下方)的含水构造的发育、连通情况、补给源、水头压力及煤层厚度、采煤方法、回采速度等诸多因素相关。随着上述因素的不同变化，涌水量、涌水位置、时间也会在一定程度上变化。加强水文观测及资料收集工作，发现异常及时反馈给有关主管部门，以便及时采取防治水技术措施，确保生产安全。
附图1 14104工作面底板下0～40m层段岩层含水性音频电透视探测成果图 附图2 14104工作面底板下40～90m层段岩层含水性音频电透视探测成果图