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        井下高分辨電測深技術(shù)在黃玉川礦防治水的應(yīng)用

        2015-10-26 07:56:04田永華
        中國煤炭 2015年9期
        關(guān)鍵詞:隔水層電法井田

        田永華

        (中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司,陜西省西安市,710077)

        ★ 煤炭科技·地質(zhì)與勘探★

        井下高分辨電測深技術(shù)在黃玉川礦防治水的應(yīng)用

        田永華

        (中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司,陜西省西安市,710077)

        應(yīng)用高分辨電測深技術(shù)對黃玉川礦216上01工作面底板隔水層的完整情況進(jìn)行探測,圈定底板隔水層裂隙發(fā)育帶和富含水異常區(qū),為工作面防治水工程的實(shí)施提供參考資料。

        奧灰水 高分辨電測深技術(shù) 物探 黃玉川礦

        1 概況

        1.1井田地質(zhì)構(gòu)造

        黃玉川井田位于準(zhǔn)格爾煤田南部詳查區(qū)的深部區(qū),井田構(gòu)造與南部詳查區(qū)基本一致,為傾角小于15°的單斜構(gòu)造,地層走向?yàn)楸北睎|向,傾向?yàn)楸蔽魑飨?。在單斜背景上,局部地區(qū)有寬緩的波狀起伏。西南部地層呈弧形彎曲,地層走向?yàn)楸睎|向,傾向?yàn)楸蔽飨?。井田?nèi)地層產(chǎn)狀平緩,傾角一般為3°~5°,斷裂不發(fā)育,無火成巖影響。褶皺主要為田家石畔撓曲,從井田的西南部向北37°~49°東延伸,在216號鉆孔處撓曲方向發(fā)生轉(zhuǎn)折,方向轉(zhuǎn)為近正北方向,在2#勘查線以北27°東方向穿越井田。由主要可采煤層6#煤層底板等高線及資源儲量圖可知,等高線變化在400~960 m之間,東部高西部低。根據(jù)已完成三維地震勘探、電法勘探和井巷實(shí)際揭露,本井田斷層比較發(fā)育,地質(zhì)構(gòu)造屬中等到復(fù)雜類型。

        1.2水文地質(zhì)概況

        黃玉川井田內(nèi)奧灰水位在+872.5~+882.525 m,6上煤層一、二盤區(qū)突水系數(shù)全部在臨界值0.06 MPa/m以下,基本不受奧灰層壓水的威脅,三盤區(qū)在突水系數(shù)臨界值0.06 MPa/m以上部分,受奧灰水的威脅較大。

        216上01工作面北鄰二水平東翼大巷,西鄰216上02工作面(未掘),南至DF5斷層,東至井田邊界。該工作面北部巷道的標(biāo)高較低,大部分都低于奧灰水位線,受地質(zhì)構(gòu)造的影響,煤層頂?shù)装遢^為破碎,裂隙較為發(fā)育。井巷工程穿過DF23和DF6斷層時(shí)均出現(xiàn)滴淋水現(xiàn)象。在216上01工作面系統(tǒng)形成后,對216上01工作面帶壓開采區(qū)段進(jìn)行了井下音頻電透視探測,探測了底板下80 m、120 m層段附近巖層賦水性異常的分布情況,確定了底板相對富水部位。由于本區(qū)奧灰頂界面距6上煤層底板的平均距離約為60 m,雖然6上煤層底板有穩(wěn)定的隔水層,但由于斷層等地質(zhì)構(gòu)造的存在極有可能破壞隔水層的完整性,存在底板灰?guī)r水從隔水層相對薄弱區(qū)段突入工作面的可能性。

        礦方在該工作面設(shè)計(jì)回撤聯(lián)巷部位進(jìn)行底板超前探水時(shí),補(bǔ)1、補(bǔ)2、補(bǔ)4號鉆孔在工作面底板下30 m左右鉆孔出水,水源為奧灰水,并且底板灰?guī)r水已分別導(dǎo)升到煤層底板下16.5 m、24.5 m和27.5 m附近,加之該部位位于奧灰水位線以下,工作面回采時(shí)存在奧灰水突入工作面的可能。

        鑒于以上情況,該礦決定應(yīng)用井下高分辨電測深技術(shù)對216上01工作面進(jìn)行補(bǔ)充井下電法勘探,探測216上01工作面隔水層的完整情況,圈定裂隙發(fā)育帶和含富水異常區(qū),為工作面防治水工作提供參考資料。

        2 礦井物探工作

        2.1井下高分辨電測深技術(shù)原理

        井下電測深技術(shù)主要用于探測煤層頂?shù)装鍍?nèi)潛在的含富水構(gòu)造,一般采用三極裝置(AMN∞)進(jìn)行井下全空間電法探測。

        井下電測深技術(shù)是研究深度方向地層電性變化規(guī)律、從而獲得深度方向地層各種地電信息的一種物探方法。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,于是可以觀測到測點(diǎn)處沿深度方向由淺到深地層的電性變化情況,主要用于研究電性分層和水文地質(zhì)問題。

        井下三極電測深裝置形式及數(shù)據(jù)采集方式如圖1所示。

        圖1 井下電測深裝置形式

        三極探測法把供電電極B放置到無窮遠(yuǎn)處(BO間距為AO間距的5倍以上),使供電電極A呈點(diǎn)電源模式,固定測量電極M、N(記錄點(diǎn)在MN的中點(diǎn)O處),移動(dòng)供電電極A,隨著AO距離的增大,探測到的深度也在加大,于是也可探測到測點(diǎn)上方一定深度范圍內(nèi)地層的電性變化情況。

        三極探測法視電阻率的計(jì)算公式為:

        ΔU——M、N間電位差;

        I——電流強(qiáng)度。

        在實(shí)際測量中,裝置系數(shù)K可由儀器輸入的電極距AB/2和MN/2來得到,電位差ΔU和電流強(qiáng)度I可以通過儀器測量出來,通過視電阻率計(jì)算公式可得到某個(gè)深度段上的視電阻率值。

        2.2測點(diǎn)布置

        高分辨直流電法勘探在216上01工作面的運(yùn)輸巷道和回風(fēng)巷道內(nèi)布置,探測區(qū)段從二水平東翼回風(fēng)大巷往工作面切眼方向720 m,測點(diǎn)間距10 m,運(yùn)輸巷道和回風(fēng)巷道各布置測點(diǎn)72個(gè)。

        3 資料處理與探測結(jié)果

        3.1井下高分辨直流電法資料處理步驟

        井下高分辨直流測深技術(shù)的關(guān)鍵在于井下收集的第一手資料的準(zhǔn)確性和時(shí)效性,它是通過視電阻率來反映巖石特性變化,之后運(yùn)用專用軟件對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,其詳細(xì)的步驟如下:

        (1)數(shù)據(jù)整理。對所測視電阻值進(jìn)行全空間校正,同時(shí)形成視電阻率曲線圖、視電阻率等值線剖面圖。

        (2)提取視電阻率中的含水信息。解釋含水層及導(dǎo)水通道機(jī)理,并分析總結(jié)構(gòu)造異常體的含水、導(dǎo)水規(guī)律。

        (3)提取視電阻率中的巖石電性分層信息。主要是為了研究分析采面的頂?shù)装甯羲畬雍穸纫约昂畬釉紝?dǎo)升高度。

        3.2探測結(jié)果分析

        (1)216上01工作面運(yùn)輸巷道高分辨電測深視電阻率等值線斷面圖見圖2,此圖可直觀地反映測區(qū)內(nèi)各測線下方巖層橫向、縱向視電阻率的變化情況。圖中視電阻率(單位:Ω·m)等值線值可反映測線下方巖層視電阻率的高低變化情況。

        圖2 運(yùn)輸巷道高分辨電測深視電阻率等值線斷面圖

        從圖2中可以看出,在巷道底板下10~40 m附近視電阻率值相對較高,該層位對應(yīng)6上煤層底板至9#煤層底板隔水層位置,在該層位的0~6、16~20、40~50、68~72號測點(diǎn)附近底板隔水巖層相對薄弱;底板下50~80 m對應(yīng)于粗砂巖含水層、泥巖及奧陶系灰?guī)r頂部位置,在該層段0~10、16~24、30~34、38~46、52~58、66~72號測點(diǎn)視電阻率值相對較低,疑似砂巖及奧陶系灰?guī)r頂部巖層相對富水。

        (2)216上01工作面回風(fēng)巷道高分辨電測深視電阻率等值線斷面圖見圖3,從圖中可以看出,在巷道底板下10~40 m附近視電阻率值相對較高,該層位僅在0~18、60~72號測點(diǎn)附近底板隔水巖層相對薄弱;巷道底板下50~80 m層段,粗砂巖含水層、泥巖及奧陶系灰?guī)r頂部位置0~10、14~22、30~36、50~58、62~72號測點(diǎn)附近存在砂巖及奧陶系灰?guī)r相對富水區(qū)。

        圖3 回風(fēng)巷道高分辨電測深視電阻率等值線斷面圖

        3.3異常性質(zhì)分析

        本次井下電法補(bǔ)充勘探采用了高分辨電法新技術(shù),經(jīng)后期處理、解釋、分析得到如下幾點(diǎn)探測結(jié)論:

        (1)在回風(fēng)巷道0~80 m、140~200 m附近存在較為明顯的異常區(qū),且位于設(shè)計(jì)主回撤通道靠近回風(fēng)巷道一側(cè)鉆孔在底板下30~70 m附近出水量較大,推斷該處異常區(qū)附近底板隔水巖層相對薄弱且局部相對富水,推斷在工作面底板下70~100 m附近巖層(奧灰頂界面附近)相對富水。

        (2)回風(fēng)巷道開口向工作面內(nèi)620~720 m附近以及運(yùn)輸巷道開口向工作面內(nèi)520~580 m附近存在較為明顯的異常區(qū),推斷該區(qū)段底板隔水層局部相對薄弱,底板下70~100 m附近巖層相對富水。

        (3)通過觀測主回撤通道附近異常區(qū)特征并結(jié)合已知鉆探驗(yàn)證資料分析,在回風(fēng)巷道0~100 m、140~220 m、300~360 m、運(yùn)輸巷道0~100 m、 160~240 m、300~340 m存在與之較為相似的異常區(qū)段,推斷上述異常區(qū)段局部相對富水。

        4 結(jié)論與建議

        高分辨電法測深方法技術(shù)成熟、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)化、資料處理軟件也較完善,是煤礦井下防治水工作十分有效的物探方法技術(shù)。應(yīng)用高分辨電測深技術(shù)對黃玉川礦216上01工作面底板隔水層的完整情況進(jìn)行探測,圈定底板隔水層裂隙發(fā)育帶和富含水異常區(qū),為工作面防治水工程的實(shí)施提供參考資料。

        值得注意的是物探具有多解性,以上探測成果是在采掘前相對靜態(tài)、平衡條件下得到的,在工作面回采時(shí),由于地應(yīng)力失去平衡后,不導(dǎo)水裂隙也會(huì)變?yōu)閷?dǎo)水裂隙,畢竟存在裂隙發(fā)育帶的堅(jiān)硬巖層是相對薄弱地帶。低阻異常區(qū)域是客觀存在的,其能否通過裂隙、構(gòu)造導(dǎo)水并發(fā)生突出受諸多因素的影響和控制,底板水的導(dǎo)通和突出亦是如此。

        建議在工作面回采前打鉆補(bǔ)勘,參考文獻(xiàn):

        進(jìn)一步查明異常的性質(zhì),回采過程中注意工作面水情監(jiān)測和水文長觀孔的水位變化觀測,并及時(shí)進(jìn)行分析,采取切實(shí)可行措施,確保生產(chǎn)安全。

        [1] 譚志祥,周鳴,鄧喀中.斷層對水體下采煤的影響及其防治[J].煤炭學(xué)報(bào),2000(3)

        [2] 鄔劍明,張鈺斐,牛立東.電法勘探在廢棄小煤窯自燃火源位置探測中的應(yīng)用[J].中國煤炭,2010(11)

        [3] 王勃,劉盛東,張朋.采用網(wǎng)絡(luò)并行電法儀進(jìn)行煤礦底板動(dòng)態(tài)監(jiān)測[J].中國煤炭地質(zhì),2009(3)

        [4] 張衛(wèi),吳榮新,付茂如等.三維并行電法在工作面頂板富水區(qū)探測中的應(yīng)用[J].中國煤炭,2011(6)

        [5] 劉志新,岳建華,劉樹才.礦井直流電透視方法技術(shù)研究[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào),2003(3)

        [6] 韓德品,石亞丁.礦井電穿透方法技術(shù)的研究 [J].煤田地質(zhì)與勘探,2000(2)

        [7] 施龍青,翟培合,魏久傳等.三維高密度電法技術(shù)在巖層富水性探測中的應(yīng)用 [J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008(6)

        [8] 劉盛東,吳榮新,張平松等.三維并行電法勘探技術(shù)與礦井水害探查[J].煤炭學(xué)報(bào),2009(7)

        [9] 吳榮新,劉盛東,張平松.雙巷并行三維電法探測煤層工作面底板富水區(qū)[J].煤炭學(xué)報(bào),2010(3)

        [10] 高召寧,鄭志偉,應(yīng)治中.電法測試技術(shù)在覆巖破壞監(jiān)測中應(yīng)用[J].中國煤炭,2015(3)

        [11] 姚姚.地球物理反演基本理論與應(yīng)用方法[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2002

        [12] 黃俊革.三維電阻率/極化率有限元正演模擬與反演成像[D].中南大學(xué),2003

        (責(zé)任編輯 郭東芝)

        The application of high resolution electrical sounding technology in water prevention and control in Huangyuchuan Mine

        Tian Yonghua
        (Xi'an Research Institute of China Coal Technology&Engineering Group Co.,Ltd.,Xi'an,Shaanxi 710077,China)

        The high resolution electrical sounding technology was applied to detect the full conditions of aquiclude in upper 216-01 working face floor of Huangyuchuan Mine,and the abnormal zones of fracture development and rich water-bearing in aquiclude were confirmed,which provided reference data to the implementation of water prevention and control engineering.

        ordovician limestone water,high resolution electrical sounding technology,geophysical prospecting,Huangyuchuan Coal Mine

        ★ 煤炭科技·開拓與開采★

        P631.3

        A

        田永華(1979- ),男,漢族,遼寧建平人,工程師,現(xiàn)供職于中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司,主要從事地球物理勘探儀器和礦井自動(dòng)化工作。

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