1、项目概况
1.1、任务目的
根据地质情况与任务要求，确定勘探任务如下：
在某工作面两顺槽开展三维电法、音频电透视法等综合物探工程，查明和圈定某工作面煤层底板以下85m范围的相对低阻异常区及富水区，为正确指导煤矿合理开采及安全生产提供基础资料和依据。
1.2、探测区域位置
某工作面地面位置位于西风井工业广场西侧，地面对应物有牌坊及乡村公路、济河及其堤坝，余下为农田、养殖塘、灌溉沟渠和地表水系等。
井下位置位于西三1煤下采区，东起西三1煤系统巷道，西至地面七4钻孔附近；北侧为某工作面，该面已回采结束；南侧为1煤实体，尚未采掘。
工作面设计可采走向长655m，倾向长190m。探测区域井下位置图如图1-1。
1.3、水文地质情况
煤系砂岩裂隙含水层是工作面直接充水水源之一，具有不均一性和各向异性的特点。
某工作面设计施工层位为1煤顶板，根据地面灰岩钻孔资料、西三1煤采区、西二1煤采区、北一1煤采区灰岩巷道实际揭露，C31、C32灰岩岩溶不发育，一般为弱富水性含水层，但C32以下太原组灰岩含水层局部富水性较强，巷道在遇构造或底板破碎带时，可能会沟通强富水区从而导致巷道底板灰岩水涌出，是威胁工作面施工安全的充水水源。
综上所述：工作面主要充水性因素为砂岩裂隙水及1煤底板灰岩水。
2、工作方法与装置
2.1、三维电法工作原理
将直流电源的两端通过埋设地下的两个电极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。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。
为测定均匀大地的电阻率，通常在大地表面布置四极装置，即两个供电电极A、B，两个测量电极M、N(如图2-1)。 如果地下存在导电性不同的岩层和矿体，它们会影响电场的分布(如图2-2)，良导体对电流有“吸引”作用，导电性差的则对电流有“排斥”作用。因此，当地下存在导电性差的地质体时，由于它对电流的“排斥”作用，使电流远离它本身而流过；而当地下存在有良导体时，它将对电流有“吸引”作用，使大部分电流通过其本身。这样，在地表观测到的电场将发生畸变，通过对畸变电场的分析，判断地下不同导电性地质体的赋存状态，这就是电阻率法的基本原理。
2.2、音频电透视法工作原理
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。矿井音频电透视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。 从大的范畴来说，矿井音频电透视法仍属矿井电法。因其施工方法、资料处理技术的差异及主要针对性(探测采煤工作面内部含水性异常)等原因而形成矿井音频电透视法分支。
2.3、工作装置
本次三维电法与音频电透视法选用福州华虹智能科技股份有限公司生产的“YBT96矿用交直流并行电法透视仪”，该仪器是一款采用先进的分段集中式架构实现的综合电法透视系统，可实现多种电法勘探观测数据的同步采集：双巷高密度并行电透、工作面多频并行电法透视等。是一款满足一次施工完成多种电法勘探的工作面全方位电法透视装备。
3、施工布置
3.1、三维电法施工布置
分别在工作面运顺、轨顺底板布置测线，以切眼相交处为探测起始测点1号测点，然后沿着巷道向停采线方向分别依次布置测点至80号测点，测点距10m，测线长度为790m。
在运顺、轨顺分别布置1站采集数据，每站电极数量80根，极距10m，测点共布置电法物理测点80个。现场施工由里(切眼)向外进行，布置在1-80号测点。如下图3-1。
3.2、音频电透视法现场施工布置
本次音频电透视法探测底板采用128Hz、64Hz、32Hz、16Hz四个频点依次采集，运顺、轨顺以与切眼相交处为探测起始测点1号测点，然后沿着巷道向停采线方向分别依次布置测点至80号测点，测点距10m，测线长度为790m。发射点距和接收点距为10m，对应巷道进行扇形扫描接收。工作面底板音频电透视法探测，布置1站采集数据，每站单巷电极数量80根，发射电极80根，接收电极80个，极距10m，每个发射点一般对应80个接收点，如图3-2、3-3音频电透视法施工布置图。
4、探测成果解释
4.1、三维电法成果解释
对于本次矿井三维电法探测而言，参考井下实际情况，确定以视电阻率小于30Ω·m作为划分水文异常的阈值。
为了解影响工作面内底板85m范围内相对低阻异常区及富水区情况电性特征，利用运顺、轨顺2条巷道三维电法数据进行三维联合反演，制作了各层位视电阻率值切片图，图中不同的色调表示不同的视电阻率值，并且遵循色调从冷色调到暖色调表示视电阻率值不断升高的规律，具体如图4-1所示。
由图4-1可知，工作面在底板20m层位视电阻率值为30～150Ω.m，未发现相对低阻异常区。
在底板40m层位视电阻率值为10～150Ω.m，发现5处相对低阻异常区，分别为SYC1-SYC5。
在底板60m层位视电阻率值为10～150Ω.m，发现3处相对低阻异常区，分别为SYC6-SYC8。
在底板85m层位视电阻率值为40～160Ω.m，未发现相对低阻异常区。
4.2、音频电透视法成果解释
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视复电导率勘探结果的有效勘探深度为工作面底板0～20m岩层段；64Hz视复电导率勘探结果的有效勘探深度为工作面底板20～40m岩层段；32Hz视复电导率勘探结果的有效勘探深度为工作面底板为40～60m岩层段；16Hz视复电导率勘探结果的有效勘探深度为工作面底板为60～85m岩层段。
根据数理统计学，把数据分成<、、、、> 5个级别，并可设定为异常阀值(其中为参数算术平均值, 为参数的标准偏差值)。对于的区域可解释为异常区。
为确定不同深度岩层的电性异常区域，按照上述的统计解释原则，获得工作面底板音频电透视法三维切片图(图4-2)。 由图4-2可知，工作面底板下0～20m层段岩层的视复电导率值在362.2～444.1S/m间变化，平均值为403.15S/m，标准偏差为40.95S/m，该岩层段的异常阈值为417.8S/m，该段岩层整体电导率分布均匀，无明显相对高导异常区。
工作面底板下20～40m层段岩层的视复电导率值在352.1～446.72S/m间变化，平均值为399.41S/m，标准偏差为47.31S/m，该岩层段的异常阈值为414.18S/m，该段岩层整体电导率分布均匀，无明显相对高导异常区。
工作面底板下40～60m层段岩层的视复电导率值在282.5～474.7S/m间变化，平均值为379.1S/m，标准偏差为96.6S/m，该岩层段的异常阈值为411.3S/m，根据该段岩层异常阈值确定5处异常区，分别为YYC1-YYC5。
工作面底板下60～85m层段岩层的视复电导率值在247.46～301.25/m间变化，平均值为274S/m，标准偏差为26.9S/m，该岩层段的异常阈值为282.97S/m，该段岩层整体电导率分布均匀，无明显相对高导异常区。
4.3、综合探测成果解释
结合三维电法、音频电透视对工作面底板不同层位探测成果综合分析，在工作面底板共圈定5处相对低阻异常区，分别为ZYC1-ZYC5，见图4-3。
（1）ZYC1异常：由SYC1和YYC1部分重叠，重新命名。位于横向220~340m，纵向30~160m范围，底板40-60m层位，解释为底板太原组灰岩局部岩溶裂隙发育所致。
（2）ZYC2异常：由SYC2和YYC2部分重叠，重新命名。位于横向500~620m，纵向60~140m范围，底板40-60m层位，解释为底板太原组灰岩局部岩溶裂隙发育所致。
（3）ZYC3异常：由SYC3和YYC3部分重叠，重新命名。位于横向620~720m，纵向140~190m范围，底板40-60m，解释为底板太原组灰岩局部岩溶裂隙发育所致。
（4）ZYC4异常：由SYC4和YYC4部分重叠，重新命名。位于横向620~720m，纵向0~60m范围，底板40-60m，解释为底板太原组灰岩局部岩溶裂隙发育所致。
（5）ZYC5异常：由SYC5和YYC5部分重叠，重新命名。位于横向720~790m，纵向10~140m范围，底板40-60m，解释为底板太原组灰岩局部岩溶裂隙发育所致。
5、验证情况
根据物探标注的异常区位置，矿方进行了钻探验证。验证情况如下：
ZYC1异常：岩性为太原组C35。井下C33下探查疏放水孔10#、A9-1#、施工期间钻速正常，无塌孔、卡钻、掉钻等钻探异常，钻孔出水量3m³/h，与物探结果相符。
ZYC2异常：岩性为太原组C35。井下C33下探查疏放水孔A7-1#，施工期间钻速正常，无塌孔、卡钻、掉钻等钻探异常，钻孔出水量2.7m³/h，与物探结果相符。。
ZYC3异常：岩性为太原组C35。井下C33下探查疏放水孔5#，施工期间钻速正常，无塌孔、卡钻、掉钻等钻探异常，钻孔出水量4.7m³/h，与物探结果相符。
ZYC4异常：岩性为太原组C35。井下C33下探查疏放水孔A1#，施工期间钻速正常，无塌孔、卡钻、掉钻等钻探异常，钻孔出水量2.4m³/h，与物探结果相符。
ZYC5异常：岩性为太原组C35。井下C33下探查疏放水孔A2#，施工期间钻速正常，无塌孔、卡钻、掉钻等钻探异常，钻孔出水量3.6m³/h，与物探结果相符。