摘要：山西某矿3307工作面回采过程中主要受煤层底板太灰带压影响，文章以探测3307工作面两顺槽底板含水层富水情况为前提，介绍了并行直流电法探测技术的原理、数据采集方法、数据处理与资料解释等内容，在此基础上说明了并行直流电法勘探的应用效果，为工作面安全回采提供有效的物探资料。
关键词：煤层底板；富水情况；并行直流电法；
1、3307工作面概况
1.1、地质概况
3307工作面走向长963m，倾斜宽130m，该面地表位于冀家垴村、大树堙村以北，南燕竹村以东，西沟村以南，河南村以西南的黄土塬、黄土峁及沟谷地带，地面标高为1075～1129.5之间，工作面标高在633.0～679.5之间。本工作面井下西邻北辅运大巷、北回风大巷、北胶带大巷；南邻东回风大巷(北)、东胶带大巷、集中胶带运输大巷、集中辅助运输大巷、东回风大巷、东辅助运输巷；北邻3301工作面(已采完)。 1.2、水文地质情况
(1)3307工作面属于太灰带压开采。为保证安全生产，需加强超前进行超前物探、钻探工作，进一步查明下伏含水层导水因素，以便采取相应的防治水技术措施。
(2)3307工作面地表为黄土塬和沟谷地带，该面盖山厚度442.0～540.0米，工作面上部无河流及其他地表水体，地表水对该面无直接影响。本面3#煤层上部主要含水层为K8、和K8下砂岩含水层以及上覆石盒子组K12砂岩含水层，由于裂隙相互沟通，局部岩层中存在裂隙含水，施工过程中将会出现少量淋头水，对巷道下山掘进施工有一定影响。
1.3、地球物理特征
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。
地层在原生状态下，其导电性特征在纵向上有其固有的变化规律，而在横向上相对比较均一。当存在构造破碎带时，如果构造内不含水，则其导电性较差，使局部电阻率值增高；如果构造含水，由于含水体具良好导电性，它与围岩产生明显的电性差异，其导电性较好。
总之，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。
综上所述，3307工作面地质条件基本具备并行直流电法探测的地球物理基础。
1.4、探测任务
3307工作面顺槽长度960m，工作面宽度130m，采用并行直流电法对3307工作面进风顺槽和辅助进风顺槽底板岩层富水情况进行探查，圈定工作面两顺槽底板相对低阻区域，分析并评价其富水性，为工作面回采防治水工作提供物探资料。
2、并行直流电法施工设计
2.1、方法原理概述
将直流电源的两端通过埋设地下的两个电极(electrode)A、B向大地供电，在地面以下的导电半空间建立起稳定电场(tranquilized electric fields)(如图2-1)。该稳定电场的分布状态决定于地下不同电阻率的岩层(或矿体)的赋存状态。所以，从地面观察稳定电场的变化和分布，可以了解地下的地质情况，这就是直流电阻率法勘探的基本原理。直流电阻率法常简称为直流电法。
为测定均匀大地的电阻率，通常在大地表面布置对称四极装置，即两个供电电极A、B，两个测量电极M、N(如图2-2)。 当通过供电电极A、B向地下发送电流I时，就在地下电阻率为ρ的均匀半空间建立起稳定的电场。在MN处观测电位差△UMN大小。
在均匀各向同性的介质中，不论布极形式如何，根据测量结果，计算出的电阻率始终等于介质的真电阻率ρ。这是由于布极形式的改变，可使K值和I及∆Umn也作相应的改变，从而使ρ保持不变。在实际工作中，常遇到的地电断面一般是不均匀和比较复杂的。当仍用四极装置进行电法勘探时，将不均匀的地电断面以等效均匀断面来替代。这佯得到的电阻率不等于某一岩层的真电阻率，而是该电场分布范围内，各种岩石电阻率综合影响的结果，称之为视电阻率。
视电阻率法，它是根据所测视电阻率的变化特点和规律去发现和了解地下的电性不均匀体，揭示不同地电断面情况，从而达到探查导水构造的目的。
并行电法为直流电阻率法的一种，是在并行电法勘探基础之上发展起来的一种新技术。它既具有集电测深和电剖面法于一体的多装置、多极距的并行组合功能，同时，还具有多次覆盖叠加的优势，能够探测钻孔外围一定范围的能力，最大侧向探测距离为电极控制段的长度。由于采用并行技术，在数据采集时具有同时性和瞬时性，可得到供电时的测线上的全部电位曲线，使得电法图像更加真实合理，大大提高了视电阻率的时间分辨率。
并行电法仪的起点是并行电法勘探。并行电法仪是在传统电法仪的基础上加上了单片机电极转换控制系统，通过多芯电缆与电极的连接来构成，整套系统只有一个A/D转换器，导致其只能串行采样。要实行并行采样就必须使每一电极都配备A/D转换器，能自动采样的电极相当于智能电极，智能电极通过网络协议与主机保持实时联系，在接受供电状态命令时电极采样部分断开，让电极处于AB供电状态，否则一直工作在电压采样状态，并通过通讯线实时地将测量数据送回主机。通过供电与测量的时序关系对自然场、一次场、二次场电压数据及电流数据自动采样，采样过程没有空闲电极出现。智能电极与网络系统结合，实现了并行电法勘探，完全类似于地震勘探的数据采集功能，从而大大降低了电法数据的采集成本。根据电极观测装置的不同，并行电法数据采集方式分为两种：AM法和ABM法。利用并行电法仪采集的数据可以进行并行电阻率法和高分辨地电阻率法解释。
2.2、观测系统布置
(1)勘探范围
3307工作面底板并行直流电法探测测线分别布置于3307工作面进风顺槽与3307工作面辅助进风顺槽，3307工作面进风顺槽从切眼位置为起始测点，然后沿着进风顺槽向停采线依次布置测点，共布置测线长度为960m；3307工作面辅助进风顺槽从切眼位置为起始测点，然后沿着辅助进风顺槽向停采线方向布置测点，共布置测线长度为962m；具体勘探范围如图2-3所示； (2)观测系统布置
3307工作面底板并行直流电法物探工程现场施工观测系统及数据采集详情如下：
①3307工作面进风顺槽底板探测，并行直流电法测线共分5站采集数据，每站电极数量32根，极距10m，相邻站电法测线叠加150m，3307皮带顺槽底板测点共布置并行直流电法物理测点160个；
②3307工作面辅助进风顺槽底板探测，并行直流电法测线共分5站采集数据，每站电极数量32根，极距10m，相邻站电法测线叠加150m，3307皮带顺槽底板测点共布置并行直流电法物理测点160个；
综上所述，3307工作面底板并行直流电法勘探共布置测点320个。
(3)数据采集
于2021年7月6日至2021年7月10日完成井下数据采集施工。
数据采集使用温纳三极装置，即B接无穷远，A不动，M、N逐点向右移动，得到一条滚动线；接着M、N间的距离增大，保持AM=MN，A、M、N同时向右移动一个电极，A不动，M、N逐点同时向右移动，得到下一条滚动线。
3、井下施工条件及采取的技术措施与质量评述
3.1、施工条件与技术措施
采用电测深三级装置施工时，MN应布置在顺槽底板上，连线与顺槽走向平行。
电极(特别是MN电极)应尽可能打在坚实层位上，并尽可能避开积水、淋水地段，以避免极化不稳定等现象发生；实在无法避开上述异常地段时，应做详细记录，以便资料解释时参照。
电极离开铁轨0.5m以上，同时避免与顺槽内放置的金属物相近或是接触。
物探采集数据时，应避免皮带或其它设备工作，特别在工作面斜长较大，增大供电电流受限制的时候，更应如此。
3.2、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)。本次并行直流电法探测物理点为320个，其中检查点25个，占总工作量的7.8%，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；ρi为第i个点的原测值；ρi’为第i个点的检测值。
按以上公式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、数据处理与资料分析
4.1、数据处理
对采集的AM法数据，采用网络并行电法系统进行数据解编。按照实际位置，电极统一确定坐标；将单条巷道的电法数据统一拼接成视电阻率数据，利用surfer软件进行结果成图，即可得到单巷并行电阻率结果。
4.2、资料解释
根据探测目的及地质任务要求，本次3307工作面底板并行直流电法主要分析工作面3307工作面两顺槽底板100m范围内岩层富水情况。
3307工作面两顺槽视电阻率剖面分析
附图1和附图2分别为本次进风顺槽底板与辅助进风顺槽底板温纳三极视电阻率剖面，反映了进风、辅助进风顺槽下方底板地层的电性变化，自冷色调向暖色标视电阻率逐渐升高；电阻率范围集中在0～280Ω.m，根据以往施工并行直流电法经验，将3307工作面底板并行直流电法探测中视电阻率值小于80Ω.m区域设定为相对低阻区域，共在进风顺槽底板剖面图中发现1处相对低阻区域，命名为SYC1；辅助进风顺槽底板剖面图中发现3处相对低阻区域，分别命名为SYC2、SYC3、SYC4；
SYC1位于进风顺槽横坐标450～490m，纵坐标0～-40m范围；
SYC2位于辅助进风顺槽横坐标60～150m，纵坐标-10～-60m范围；
SYC3位于辅助进风顺槽横坐标250～320m，纵坐标0～-40m范围；
SYC4位于辅助进风顺槽横坐标450～500m，纵坐标0～-50m范围。
5、探测结论与建议
5.1、结论
本次3307工作面底板并行直流电法探测获得了两顺槽底板视电阻率测深剖面，根据以往施工并行直流电法经验，将3307工作面底板并行直流电法探测中视电阻率值小于80Ω.m区域设定为相对低阻区域；结合地质资料进行综合分析，得结论如下：
(1)并行直流电法探测进风顺槽存在1处相对低阻异常区域，命名为SYC1。
SYC1位于横坐标450～490m，纵坐标0～-40m，视电阻率相对较低，分析为低阻异常区域。
(2)并行直流电法探测辅助进风顺槽存在3处相对低阻异常区域，分别命名为SYC2、SYC3、SYC4。
SYC2位于横坐标60～150m，纵坐标-10～-60m，视电阻率相对较低，分析为低阻异常区域；SYC3位于横坐标250～320m，纵坐标0～-40m，视电阻率相对较低，分析为低阻异常区域；SYC4位于横坐标450～500m，纵坐标0～-50m，视电阻率相对较低，分析为低阻异常区域。
5.2、建议
(1)本次并行直流电法探测存在四处异常区域SYC1～SYC4，其中SYC2异常区域分析可能为辅助进风顺槽揭露断层影响所致，SYC1和SYC4异常区域横向位置与电透异常YC2相对应，分析为面内隐伏构造区域附近煤岩层裂隙发育影响所致；SYC3异常区域横向位置与电透异常YC1相对应，分析为辅助进风巷揭露陷落柱和断层影响所致，建议对这几处低阻异常区域进行钻探验证；
(2)相对低阻区域划分的主要依据是视电阻率值的高低，但引起视电阻率变化的因素是多样的，因此所划分的相对低阻区域仅是视电阻率变化的反映，相对低阻区域的实际富含水情况还需结合钻探验证；
(3)加强对工作面内隐伏构造的含导水性探查，预防工作面回采过程中，破坏顶底板岩层产生新的导水通道；
(4)矿方应结合巷道实际揭露资料与物探结果仔细分析，确保安全；
(5)本报告中未尽事宜请遵照《煤矿安全规程》和《煤矿防治水细则》执行。
附图1 3307工作面进风顺槽底板并行电法探测视电阻率成果图 附图2 3307工作面辅助进风顺槽底板并行电法探测视电阻率成果图