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中国矿井物探网 - 物探技术 - 河北唐山某矿3095回采工作面音频电透视底板勘探成果报告

河北唐山某矿3095回采工作面音频电透视底板勘探成果报告

摘要：河北唐山某矿3095工作面同煤层3093采空区影响，采空区内存在0.1m³/min的动水量。本文以查明3095工作底板富水情况为前提，介绍了矿井音频电透视法现场施工方法和探测成果。为工作面防治水提供有效的技术依据。
前言
河北唐山某矿现在准备开采3095工作面，该工作面切巷平均宽131.4米。工作面开采9#煤层。煤层结构简单。直接顶板为深灰色细粉砂岩互层，上部以深灰色粉砂岩为主夹灰色细砂岩薄层。下部以灰色细砂岩为主，夹有深灰色粉砂岩薄层，厚度不等。直接底板为深灰色粉砂岩。3095工作面上方为8煤层3085采空区，东侧为同煤层3093采空区。9煤层底板裂隙发育，存在砂岩裂隙水，对工作面安全开采构成威胁。
1 工程概况及测量任务
1.1 项目概况
采用音频电透技术，对底板80m范围内岩层的富水性进行评价。3095回采面长1800m，切眼长131m。
1.2 探测任务
根据地质情况与项目的任务要求，本次矿井地球物理勘探采用音频电透视法，勘探范围为切眼～切眼后退1800m，具体勘探任务如下：
(1)采用音频电透视法探测3095工作面内底板80m范围内岩层电性分布特征，圈定工作面底板相对低阻区(相对高电导区)；
(2)根据音频电透视法测试结果，结合工作面现有地质资料(主要是构造地质条件)，分析与评价工作面底板富水性，为矿井防治水工作提供技术资料。
2 地质概况
2.1 井上下位置及四邻关系
本工作面位于-690水平中央下段采区南翼。北临中央下段采区回风上山；南接-690水平煤12-1联络巷(最短平距88m)；东侧为本煤层3093采空区及与其垂向布置的2089下、3013、3023采空区；西侧9煤层无采掘工程，距-690水平南翼轨道大巷、运输大巷的平距分别大于115m和81m；下方无采掘工程；铅垂正上方为3085采空区。3095工作面井下位置平面图如下：

图2-1 3095工作面井下位置平面图

2.2 煤层及顶底板

表2-1 煤层顶底板信息表

工作面煤层为9#煤，煤层总厚度平均约2.5米，结构简单，3095工作面煤层稳定，但局部有0.5m夹矸(岩性为深灰色粉砂岩，破碎，裂隙发育)。煤岩层走向NE～SW，倾向NW，煤层总体起伏不大。可采指数1，变异系数10%，煤种为气煤。
2.3 地质构造
根据掘进工程巷道揭露的实际煤层情况知：该工作面回采期间将揭露15条断层，其中风道掘进未揭露，运道掘进揭露5条断层(1条逆断层，4条正断层)，切眼揭露5条断层(3条逆断层2条正断层)，采面内根据3085揭露并推测延展至9煤层5条正断层。本工作面地质构造较复杂，为断层构造区，区域内煤岩层倾角平均17°。
2.4 水文地质概况
一、充水水源
1.老空水
工作面上方为8煤层3085采空区，东侧为同煤层3093采空区。3085采空区存在的4个积水空间已在掘进期间通过钻探工程已将积水放净，但采空区内存在0.1m³/min的动水量；3093采空区已被下方3013、3023工作面回采导通，分析不存在积水情况。
2.煤层顶底板裂隙水
9煤层顶、底板裂隙发育，存在砂岩裂隙水。
二、充水通道
1.断裂构造
工作面回采期间将揭露15条断层，其中正断层11条，逆断层4条，断层均为采掘实际揭露，未导通强含水层，不具富水性，但断层附近顶底板裂隙发育。
2.钻孔情况
采面从切眼向前推采902m将通过车89钻孔，车89钻孔400.00～720.67m水泥砂浆封孔；封孔质量良好。
3 矿井音频电透勘探观测系统施工布置

a. 轴向单极——偶极法 b. 井下电穿透测量方式
图3-1 矿井电透视穿透法施工布置图

图3-2 音频电透观测系统示意图

本次采用音频电透视法技术探测，采用单-偶极观测装置，其中MN间距4m，垂直巷道走向观测。如图3-1所示。发射点间距为50m，每个发射点均在对应巷道进行16-48点扇形扫描接收。在井下施工时，可以根据巷道具体情况、施工中测量发现异常情况及对巷道已揭露断层区域的充分控制，适当调整发射点位和接收范围。设计本次物探工作在运道、风道发射点分别为34个和34个，共68个发射点。每个发射点一般对应16-48个接收点(工作面两端发射点除外)，保证每个测点单频覆盖5次以上，并与井下可见的测量导线点取得联系、进行校对，观测系统示意图如图3-2。
矿井音频电透视法施工时使用YBT32矿用并行电法透视仪，通过勘探原理及实际勘探应用，本次勘探设置128Hz、16Hz两个频率，结合低频穿透距离大、高频穿透距离近的理论依据，音频电法是通过变频来控制勘探深度。
4 物探成果及地质解释
经过上述处理得出物探成果图件，将物探成果和已知的地质资料相结合，按从已知到未知，从点到线，由线到面，由浅入深的原则进行综合分析得出地质结论。
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40m，即对应工作面底板0～20m、20～40m岩层段；16Hz视复电导率勘探结果的有效勘探深度范围为工作面底板40～60m、40～80m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)3095工作面底板下0～20m、20～40m层段岩层的视复电导率值在140～220S/m间变化，平均值为171.84S/m，标准偏差为40.60S/m，该岩层段的异常阈值为185S/m；
(2)3095工作面底板下40～60m、60～80m层段岩层视复电导率值在122～160S/m间变化，平均值为133.32S/m，标准偏差为23.76S/m,该岩层段的异常阈值为141S/m；
按照上述异常阈值标准，对比分析底板0～20m、20～40m、40～60m和60～80m层段的视复电导率分布特征，具体分析见表6-1。

表6-1 3095工作面底板音频电透视探测电性异常分析表

5 结论及建议
5.1 探测结论
3095工作面音频电透视探测结果反映工作面底板电性分布特征，经分析确定底板0～80m存在17处异常区。具体分布如下：
(1)3095工作面底板浅层0～20m、20～40m电导率拟断面图存在9处异常区域，分别为DT0、DT1、DT2、DT3、DT4、DT5、DT6、DT7、DT8(见表6-1)。结合地质情况分析，推断底板浅层0～40m勘探范围内，局部区域受断层影响及砂岩裂隙较为发育，存在少量富水，同时也是勘探现场底板潮湿积水的具体表现。
(2)3095工作面底板深层40～60m、60～80m电导率拟断面图存在8处异常区域，分别为DT9、DT10、DT11、DT12、DT13、DT14、DT15、DT16(见表6-1)。其中，DT11、DT13异常区分布范围较大。结合地质情况分析，故推断底板40～80m勘探范围内，局部区域受断层影响及砂岩裂隙较为发育，存在少量富水，同时也是勘探现场底板潮湿积水的具体表现。
(3)地下水体赋存具有动态性，特别是受采动等影响，导致煤岩体应力结构破坏，裂隙通道发育，进而发生导通，本次电透勘探成果表明3095工作面底板具有一定富水性，局部区域有裂隙水赋存的可能，后期采动过程可能会造成底板整体裂隙发育丰富，包括目前的低电导率范围，进而可能存在大量导富水现象。
5.2 建议
(1)根据电性参数值大小、分布形态，结合已有的地质资料及水文地质资料等综合考虑，本次物探测试得知底板0～20m段、20～40m段、40～60m段和60～80m存在富水性，且异常区的分布具有一定的裂隙水力联系，底板深层40～60m存在两处范围较大的DT11#异常区、DT13#异常区。针对各异常区，应积极采取防治水措施。考虑到工作面回采等各种因素，应首先施工相对浅部较强富水区及先回采块段部分，钻孔施工应选择异常区内相对集中且电性异常幅度大的区域。若异常区钻孔出水量相对较小，则该工作面顶、底板总体富水性弱，反之，则需继续对异常区进行钻探验证并对各低阻区内应加密钻孔探放水，同时对深部异常进行探放，具体钻孔探放水设计严格遵循《煤矿防治水细则》；
(2)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的限制，实际上成果资料反映的水文地质信息仅局限于一定深度(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。因此建议有关技术部门在回采前加强异常区探放水及治理工作；回采期间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 3095工作面底板0～80m岩层不同深度赋水性探测成果图