張長(zhǎng)明 劉 英 劉耀寧

（1.陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司五礦，山西省陽(yáng)泉市，045000；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江省蘇徐州市，221116；3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省徐州市，221008）

綜合物探技術(shù)在礦井工作面底板巖層含水性探測(cè)中的應(yīng)用

張長(zhǎng)明1劉 英2，3劉耀寧2，3

（1.陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司五礦，山西省陽(yáng)泉市，045000；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江省蘇徐州市，221116；3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省徐州市，221008）

介紹了將瞬變電磁技術(shù)和礦井音頻電透視技術(shù)結(jié)合使用探查某工作面煤層底板巖層的賦水情況。結(jié)果表明，兩種方法結(jié)合使用，可以充分發(fā)揮兩種方法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高物探手段勘察的精度，利用綜合物探技術(shù)比單純利用一種物探方法的勘探精度得到了提高。

綜合物探 礦井防治水 瞬變電磁技術(shù) 音頻電透視技術(shù)

礦井瞬變電磁技術(shù)以及礦井音頻電透視技術(shù)均為目前應(yīng)用較為廣泛的物探技術(shù)之一。瞬變電磁法對(duì)低阻體反應(yīng)靈敏，然而在巷道內(nèi)抗干擾能力相對(duì)較弱，音頻電透視技術(shù)的抗干擾能力相對(duì)較強(qiáng)。本文將以陽(yáng)煤集團(tuán)五礦8403工作面綜合物探結(jié)果為例，分析綜合物探技術(shù)在礦井防治水工作中的優(yōu)勢(shì)。

1 地質(zhì)概況

陽(yáng)煤集團(tuán)五礦8403工作面開(kāi)采15＃煤層，工作面走向長(zhǎng)度979～963m，平均971m。采長(zhǎng)220m，煤層厚度7.4～10.85m，煤層傾角2～15°。工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含矸2層，根據(jù)鉆孔及巷道揭露，煤層有厚度大于1.0m的夾矸存在，巖性為泥巖。煤層直接底為灰黑色砂質(zhì)泥巖，厚度0.5～2.7m，上部含大量植物碎片化石和少量黃鐵礦，中部夾粉砂條帶。老底為灰色細(xì)砂巖，性脆，局部夾薄層泥巖，厚度4.45m。

統(tǒng)計(jì)分析五礦電測(cè)井資料可知，灰?guī)r、粉砂巖、細(xì)砂巖與中砂巖間存在一定的電性差異，砂巖與煤層、泥巖間的電性差異明顯。不同巖性地層電阻率大小關(guān)系大致為：泥巖＜泥質(zhì)粉砂巖＜細(xì)砂巖＜粗砂巖＜煤層＜灰?guī)r。煤系地層的富水性對(duì)其導(dǎo)電性影響最為關(guān)鍵。當(dāng)巖石裂隙發(fā)育且不含水時(shí)，電阻率將明顯增大，而巖石裂隙發(fā)育且含水時(shí)，電阻率將明顯減小。綜上所述，煤層底板巖層構(gòu)造裂隙發(fā)育且含水時(shí)與不含水巖層電性差異明顯，因此，8403工作面具備采用礦井瞬變電磁法勘探煤層底板富水異常區(qū)的條件。

2 綜合物探技術(shù)的應(yīng)用

2.1 礦井瞬變電磁技術(shù)應(yīng)用

由電磁波發(fā)射理論可知，依據(jù)多匝小線框發(fā)射電磁場(chǎng)的方向性，可認(rèn)為線框平面法線方向即為瞬變探測(cè)方向。礦井瞬變電磁探測(cè)測(cè)點(diǎn)布置在工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷內(nèi)，測(cè)點(diǎn)點(diǎn)距為10m，每個(gè)測(cè)點(diǎn)分別以?xún)蓚€(gè)探測(cè)方向向煤層底板進(jìn)行探測(cè)，即先以發(fā)射天線平面與底板平面呈30°角進(jìn)行探測(cè)，以此反映工作面底板深部的地質(zhì)信息，然后再以60°角進(jìn)行探測(cè)，以此反映工作面底板淺部的地質(zhì)信息，如圖1所示，這樣即可探測(cè)工作面底板一定深度范圍內(nèi)的地質(zhì)異常及其富（含）水情況。

圖1 瞬變電磁法探測(cè)方向及范圍示意圖

2.2 礦井音頻電透視技術(shù)應(yīng)用

音頻電透視技術(shù)井下應(yīng)用采用單極（供電）—偶極（接收）裝置工作，施工布置示意圖見(jiàn)圖2，即一個(gè)供電極（A極）位于工作面一側(cè)巷道內(nèi)某處，另一個(gè)供電極（B極）為無(wú)窮遠(yuǎn)，測(cè)量電極對(duì)（M、N極）位于工作面另一巷道內(nèi)，在與供電極（A極）正對(duì)位置兩側(cè)一定范圍內(nèi)（該范圍的大小與工作面寬度有關(guān)）多點(diǎn)接收，M、N極一般布于巷道兩側(cè)的煤壁，為保證測(cè)量的可靠性，M、N極必須與煤壁接觸良好。供電極一次可以布設(shè)多個(gè)（供電極系），其間距可依探測(cè)目標(biāo)的規(guī)模和探測(cè)精度要求而定。在同一點(diǎn)接收時(shí)，相鄰多個(gè)供電極依次供電，既能保證一定的觀測(cè)覆蓋率也可提高工作效率。

圖2 礦井音頻電透視施工布置示意圖

2.3 探測(cè)成果

圖3 礦井瞬變電磁探測(cè)結(jié)果示意圖

礦井瞬變電磁法視電阻率等值線斷面圖見(jiàn)圖3，橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為沿探測(cè)方向上深度坐標(biāo)。結(jié)合地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，確定探測(cè)區(qū)域內(nèi)橫向、水平深度和垂向深度上巖層電性變化情況。在進(jìn)行資料解釋時(shí)，異常的劃分標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)視電阻率等值線斷面圖上電阻率值的相對(duì)大小與分布范圍、煤層底板巖層富水體的賦存特點(diǎn)以及本礦以往瞬變電磁法探測(cè)經(jīng)驗(yàn)確定。根據(jù)進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷兩個(gè)方向上的探測(cè)結(jié)果，綜合以上分析可知，在工作面底板存在5個(gè)水文異常區(qū)域，即：A＃、B＃、C＃、D＃和E＃。

礦井音頻電透視成果圖件是以探測(cè)層段巖層視電導(dǎo)率為參數(shù)進(jìn)行分析、解釋的。在地層垂向結(jié)構(gòu)相同、橫向相對(duì)均一的情況下，視電導(dǎo)率值越高說(shuō)明地層的含水性越強(qiáng)。

為了更加的符合實(shí)際情況，以及便于對(duì)比分析兩種方法的探測(cè)效果，本次處理結(jié)果將視電導(dǎo)率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為視電阻率值，處理結(jié)果如圖4。根據(jù)視電阻率分布情況，劃定A＃、B＃2處低阻異常區(qū)域，如圖中虛線圈定位置。

圖4 礦井音頻電透視探測(cè)結(jié)果示意圖

3 綜合物探結(jié)果及分析

對(duì)比分析兩種方法的探測(cè)結(jié)果，可以明顯看到，有兩處區(qū)域基本重合，結(jié)合礦井音頻電透視的解釋結(jié)果，對(duì)瞬變電磁解釋成果圖進(jìn)行修正之后，最終保留A＃、C＃、D＃3處異常區(qū)域，見(jiàn)圖5，其中，A＃、D＃2處異常區(qū)域與礦井音頻電透視的探測(cè)結(jié)果基本重合。

在瞬變電磁探測(cè)結(jié)果中，C＃異常區(qū)域分布范圍較大，視電阻率值相對(duì)較低，而在礦井音頻電透視探測(cè)結(jié)果中沒(méi)有反應(yīng)，根據(jù)多年來(lái)瞬變電磁法資料解釋的經(jīng)驗(yàn)以及礦井水文地質(zhì)的特殊分布條件，推測(cè)該處也為低阻異常區(qū)，建議與鉆孔結(jié)合進(jìn)行判斷。

在瞬變電磁探測(cè)結(jié)果中，B、E兩處也是低阻異常區(qū)域，見(jiàn)圖3，而在音頻電透視結(jié)果圖中反應(yīng)均不明顯，結(jié)合井下記錄，在B、E異常位置巷道內(nèi)均有鐵料堆積，判斷這兩處異常并非工作面底板電性條件的真實(shí)反應(yīng)，而是受巷道內(nèi)堆積的鐵料影響。

在打鉆孔驗(yàn)證時(shí)，為了安全起見(jiàn)，并考慮到瞬變電磁B＃異常范圍較大，故在該處也進(jìn)行了鉆探，如圖5中4＃鉆孔位置。最后通過(guò)1＃、2＃、3＃和4＃鉆孔驗(yàn)證，A＃、C＃兩處異常有少量出水，D＃異常出水量較大，4＃鉆孔基本為干孔，與綜合物探的探測(cè)結(jié)果基本吻合。

圖5 綜合物探結(jié)果示意圖

4 結(jié)論

礦井瞬變電磁法工作效率高、施工迅速，無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的施工前期準(zhǔn)備，對(duì)礦方工作進(jìn)度影響小。該方法對(duì)各種低阻反應(yīng)靈敏，但是巷道內(nèi)各種金屬干擾對(duì)其探測(cè)結(jié)果的影響較大。在數(shù)據(jù)解釋工作中要求技術(shù)人員具備豐富的資料解釋經(jīng)驗(yàn)才能更有效地排除非地質(zhì)因素引起的低阻異常。礦井音頻電透視技術(shù)抗干擾能力較強(qiáng)，在排除非地質(zhì)異常引起的干擾方面恰能彌補(bǔ)礦井瞬變電磁的缺陷。

礦井綜合物探技術(shù)利用了兩種方法的優(yōu)勢(shì)，對(duì)瞬變電磁結(jié)果中的低阻異常信息可利用礦井音頻電透視的探測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比排除，不再單純依靠技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)排除干擾，從而得到更加客觀準(zhǔn)確的探測(cè)結(jié)果。同時(shí)兩種方法進(jìn)行綜合解釋也能夠查明礦井音頻電透視探測(cè)結(jié)果中不易察覺(jué)的低阻異常（如圖5中C＃異常區(qū)域），保證礦方防治水工作的正常進(jìn)行。本次工程實(shí)例的探測(cè)結(jié)果表明，綜合物探的結(jié)果準(zhǔn)確，相對(duì)單一方法的可靠性更高。

［1］ 李冬林，姜振泉，楊棟梁.煤層底板音頻電透視探測(cè)成果反映的底板阻水條件［J］.地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2005（3）

［2］ 李金銘.地電場(chǎng)與電法勘探［M］.北京：地質(zhì)出版社，2005

［3］ 姜志海，焦險(xiǎn)峰.礦井瞬變電磁超前探測(cè)物理實(shí)驗(yàn)［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2011（11）

［4］ 姜志海，岳建華，劉樹(shù)才.多匝重疊小回線裝置的礦井瞬變電磁觀測(cè)系統(tǒng)［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2007（11）［5］ 姜志海，岳建華，劉志新.礦井瞬變電磁法在老窯水超前探測(cè)中的應(yīng)用［J］.工程地球物理學(xué)報(bào)，2007（4）

［6］ 王東偉，劉志新，武俊文等。礦井瞬變電磁法在巷道迎頭超前探測(cè)中的應(yīng)用［J］.工程地球物理學(xué)報(bào)，2011（4）

［7］ 楊海燕，鄧居智，張華等.礦井瞬變電磁法全空間視電阻率解釋方法研究［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2010（3）

［8］ 劉志新，劉樹(shù)才，劉仰光.礦井富水體的瞬變電磁場(chǎng)物理模型實(shí)驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009（2）

［9］ 張永泰，胡寶林，張廣好等.安徽省劉橋一井田北部斷裂構(gòu)造導(dǎo)水特征分析［J］.中國(guó)煤炭，2006（1）

［10］ 高致宏，王彥紅，陳青峰.工作面富水區(qū)探測(cè)與礦井電法［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2002（4）

［11］ 曹方祿，王永勝，張小鶴等.礦井音頻電透視及其應(yīng)用［J］.煤田地質(zhì)與勘探，1997（6）

［12］ 曹方祿，李慕平，高建華.礦井音頻電透視技術(shù)探查頂板砂巖水［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2007（6）

［13］ 孔德山，程久龍，朱若軍等.利用礦井瞬變電磁法探測(cè)工作面頂板巖層含水性的研究［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2010（3）

Application of integrated geophysical technologies in water－bearing property prospecting in mine working face floor

Zhang Changming1，Liu Ying2，3，Liu Yaoning2，3
（1.No.5Coal Mine，Yangquan Coal Industry（Group）Co.，Ltd.，Yangquan，Shanxi 045000，China；2.The School of Resource and Earth Science，China University of Mining ＆Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China；3.State Key Laboratory for Geomechanics ＆Deep Underground Engineering，China University of Mining ＆Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China）

In this paper，TEM and audio－frequency electrical penetration technique are used jointly to probe the water content in floor strata of some working face.The final detection results show that the joint utilization of the two methods can exert their technology advantages and improve the accuracy of geophysical exploration；the integrated geophysical technology is better than simple method in accuracy of geophysical exploration.

integrated geophysical exploration，mine water control，transient electromagnetic method（TEM），audio－frequency electrical penetration technique

P631

A

張長(zhǎng)明（1963－），男，陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司五礦總工程師助理，從事礦井地質(zhì)和礦井防治水工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）