文/喬瑤峰蔣偉峰

井下直流電法勘測(cè)底板富水性的實(shí)踐

文/喬瑤峰蔣偉峰

鄭煤集團(tuán)米村礦現(xiàn)已進(jìn)入開采后期，隨著邊角煤的回收，臨近大斷層煤柱工作面開采，地質(zhì)條件日復(fù)雜，次生、派生斷裂構(gòu)造發(fā)育，極易誘發(fā)水害事故。為此，必須要查清工作面構(gòu)造及底板含富水性情況。但傳統(tǒng)鉆探對(duì)于目標(biāo)盲目情況，工作量大且施工困難。而利用物探方法，能夠簡(jiǎn)便、快速、直觀地查清工作面構(gòu)造及底板含富水性特征，井下直流電法是目前采用的最主要物探技術(shù)之一。

一、井下直流電法原理及方法

1.基本原理

礦井直流電法屬全空間電法勘探。它以巖石的電性差異為基礎(chǔ)，在全空間條件下建場(chǎng)，在地下巷道中進(jìn)行電法測(cè)量工作，地下電流通過布置在巷道內(nèi)的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間穩(wěn)定電場(chǎng)，該穩(wěn)定電場(chǎng)特征取決于巷道周圍巖石的電性特征及其賦存狀態(tài)，測(cè)量該電場(chǎng)的變化規(guī)律，使用全空間電場(chǎng)理論處理和解釋，找到巷道周圍巖石中引起電場(chǎng)變化的水文、地質(zhì)構(gòu)造等規(guī)律。

2.理論依據(jù)及勘探方法

在一定的范圍內(nèi)，大地的表層可以看作是“半無限均勻介質(zhì)”，地表供電電極將在地表一定深度范圍內(nèi)按特定規(guī)律分布電場(chǎng)、電流和電壓。直流對(duì)稱四極法就是通過一定供電電極向地下供電,測(cè)量地表電流與電壓來計(jì)算地下電阻率值。

直流對(duì)稱四極法是研究某一深度方向地層電性變化的規(guī)律，從而獲得該深度方向上地層中各種地質(zhì)信息的一種物探方法（見原理圖）。它是在同一點(diǎn)逐次增大供電電極距，使勘探深度由小逐漸變大，觀測(cè)測(cè)量點(diǎn)附近沿深度方向由淺到深巖石電阻率的變化特征。它主要用于研究解決電性分層和水文地質(zhì)問題。

井下電法探測(cè)原理圖

3.數(shù)據(jù)處理

使用煤炭科學(xué)院西安分院winXP直流電法處理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸入計(jì)算機(jī)，利用配套超前探測(cè)處理解釋軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后在surfer8軟件中成圖，對(duì)成果資料進(jìn)行解釋。

二、底板富水性勘測(cè)

1.勘測(cè)過程

米村礦進(jìn)入開采后期，要進(jìn)行邊角煤的回收，28091工作面沿張灣斷層保護(hù)煤柱布置。張灣斷層傾向NW，傾角60°，落差160m～260m，若工作面掘進(jìn)過程中揭露次生、派生斷裂構(gòu)造發(fā)育且與張灣斷層聯(lián)通且導(dǎo)水，誘發(fā)深部強(qiáng)含水層涌水，小則造成工作面停產(chǎn)，大則造成礦井被淹或人員傷亡等重大水災(zāi)事故。因此，首先要探明工作面回采巷道底板含富水性情況，但打鉆探測(cè)工作量大且施工困難，經(jīng)研究決定采用井下直流電法物探技術(shù)對(duì)巷道底板含富水性情況進(jìn)行勘測(cè)。

以28091工作面上副巷一次勘測(cè)為例。從上副巷口向里40m開始布設(shè)測(cè)點(diǎn)，沿上副巷往里依次布設(shè)，布極方法：每隔20m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，每一測(cè)點(diǎn)對(duì)稱布設(shè)供電電極A、B和接收電極M、N，初始OA=4m，A、B極以4m增量跑極，初始OM=1m，M、N以1m增量跑極，每個(gè)測(cè)點(diǎn)視觀測(cè)深度選擇跑極次數(shù)；共布設(shè)測(cè)點(diǎn)11個(gè)，探測(cè)巷道260m；最大測(cè)深40m，最小測(cè)深4m。

28091工作面上副巷直流電法測(cè)深剖面圖

2.勘測(cè)結(jié)果（見28091工作面上副巷直流電法測(cè)深剖面圖）

圖中顏色較藍(lán)部分為低阻異常區(qū)，數(shù)字代表距上副巷口距離。從上副巷探測(cè)剖面圖中看出：中副巷低阻異常區(qū)零星分布，范圍較小，具體位置分別為距上口點(diǎn)40～60m、110～138m、175～185m、210～225m四段。其中第一段阻值相對(duì)較小，可能為局部底板富水影響所致；第二段、第三段異常區(qū)范圍小，且阻值大多在60以上，可能為受28081工作面采動(dòng)影響，局部底板裂隙含水影響所致；第四段異常區(qū)距離斷層較近，可能為底板裂隙含水影響所致。

三、結(jié)果驗(yàn)證

28091工作面上副巷經(jīng)直流電法探測(cè)后，根據(jù)探測(cè)結(jié)果，針對(duì)以上對(duì)低阻異常區(qū)，施工5個(gè)鉆場(chǎng)、22個(gè)鉆孔進(jìn)行了打鉆驗(yàn)證及注漿加固工作，22個(gè)鉆孔均有涌水現(xiàn)象，最大水量達(dá)80m3/h。除去因打鉆注漿加固煤層底板時(shí)涌水遷掉部分，回采過程中工作面沒有底板涌水現(xiàn)象發(fā)生。驗(yàn)證結(jié)果與探測(cè)結(jié)果吻合。

四、結(jié)論

通過在臨近大斷層工作面實(shí)施井下直流電法物探，以較高的準(zhǔn)確率勘測(cè)出了底板含富水性情況，減少了鉆探工程量，節(jié)省了成本，提高了工作面回采速度，確保了安全生產(chǎn)。實(shí)踐證明，井下直流電法物探簡(jiǎn)便、快速，能夠滿足生產(chǎn)和技術(shù)要求，具有廣闊的發(fā)展前景。

（作者單位：河南鄭煤集團(tuán)）

（責(zé)任編輯：李元）