許福美，陳振翔，王閩恒，杜進權(quán)，黃瑞璋

（龍巖學(xué)院資源工程系，福建龍巖304012）

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網(wǎng)絡(luò)并行電法在煤礦斷裂構(gòu)造探測中的應(yīng)用

許福美，陳振翔，王閩恒，杜進權(quán)，黃瑞璋

（龍巖學(xué)院資源工程系，福建龍巖304012）

針對福建煤礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜及其對煤礦開采和安全生產(chǎn)造成極大影響的特點，為提高工作效率和保證安全生產(chǎn)，對斷裂構(gòu)造進行超前探測具有重大現(xiàn)實意義。在收集翠屏山煤礦各種地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，運用網(wǎng)絡(luò)并行電法對該煤礦南集運巷進行斷裂構(gòu)造的超前探測，通過實驗數(shù)據(jù)進行解譯和現(xiàn)場揭露對比，結(jié)果表明：網(wǎng)絡(luò)并行電法得到的電阻率參數(shù)所劃定的斷層破碎帶邊界與井巷掘進揭露的邊界基本一致，說明網(wǎng)絡(luò)并行電法在煤礦超前探測斷裂構(gòu)造的運用是可行的。

網(wǎng)絡(luò)并行電法；斷裂構(gòu)造；超前探測

福建省翠屏山煤礦斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，是水害發(fā)生的重大安全隱患，急需對斷裂構(gòu)造進行探測，以保證安全生產(chǎn)。目前煤礦對構(gòu)造的探測多采用鉆探和巷探的方式，這些方法效率低，成本高，而物探方法作為一種較為新興的探測方法，在成礦構(gòu)造、采空區(qū)、陷落柱等探測中取得了良好的探測效果，并積累了大量經(jīng)驗［1-5］。劉盛東等［6］提出的并行電法數(shù)據(jù)采集技術(shù)更是提升了井下數(shù)據(jù)采集效能。本次探測采用網(wǎng)絡(luò)并行電法儀對掘進迎頭進行超前探測，在收集的礦區(qū)資料基礎(chǔ)上對探測結(jié)果進行了綜合分析，并將探測結(jié)果與后期巷道揭露的實際情況進行了對比，說明該方法在煤礦超前探測斷裂構(gòu)造中是可行的，且探測的精度和可靠性較高。

1　地質(zhì)概況

翠屏山煤礦煤系地層為中二疊統(tǒng)的童子巖組（P2t）地層。主要可采煤層為童子巖組第三段的22，28等二層煤和童子巖組第一段的38，39等二層煤。該礦斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，主要斷層有 F0， F1，F(xiàn)4，F(xiàn)6，F(xiàn)9，F(xiàn)12和F中等，這些斷裂破碎帶有的本身就是儲水區(qū)和透水通道，對安全生產(chǎn)威脅極大。由于翠屏山煤礦斷層發(fā)育，且大部分為含水?dāng)鄬?，是造成透水事故的重大隱患，所以生產(chǎn)過程中探查透水?dāng)鄬邮侵匾蝿?wù)之一。含水的斷裂破碎帶表現(xiàn)的電阻率值比圍巖低，與正常煤巖層間存在明顯的電性差異，因此可以利用網(wǎng)絡(luò)并行電法探查此類斷裂構(gòu)造。

2　工作原理與探測方法

并行電法和其他電磁類方法一樣，也是以巖石及礦體的電性差異為基礎(chǔ)，借助人工電磁場，利用相應(yīng)的儀器設(shè)備，通過對電流場在地層中分布情況的研究和觀察，來研究地球物理場在空間和時間上的分布規(guī)律，用以解決地質(zhì)問題的一類物理勘探方法［7］。

網(wǎng)絡(luò)并行電法儀的優(yōu)點是采用任何一個電極供電，所有其他的電極可以同時進行電位測量，也就是可以同時采集電位，這樣就能夠把靶區(qū)的自然電位清晰地反映出來，也能夠準(zhǔn)確反映一次場電位和二次場電位的變化情況，極大地提高了數(shù)據(jù)采集速度。并行電法儀采集的數(shù)據(jù)為全空間電位值，由于電位測量的同時性，排除了不同步的干擾問題。

本次探測采取溫納三極法（圖1），極間距為2m，布置32道電極，在巷道兩側(cè)測試2條測線。

圖1　溫納三級布極方式

3　數(shù)據(jù)采集、處理與解釋

由于網(wǎng)絡(luò)并行電法屬于直流電法，探測有效最大側(cè)向范圍為AB/2，從實際施工實驗來看，對于巷道前方斷裂構(gòu)造的探測，通常將電極布置于掘進迎頭的中線位置，則所探測出的電場變化主要受巷道前方巖層內(nèi)的地質(zhì)變化的影響。所以為了探測巷道前方的斷裂構(gòu)造，所采用的AB間距應(yīng)足夠大，才能保證電流場能夠覆蓋到巷道前方足夠遠(yuǎn)的距離。本次探測AB間距500m，共布設(shè)64個電極，在掘進迎頭的中線位置布設(shè)4個電極，電極間距0.5m，其余電極選擇巷道沒有排水溝的一側(cè)，電極間距2m，測線全長128m，測量2次（AM與ABM工作模式各1次），數(shù)據(jù)量132個?，F(xiàn)場探測時，掘進迎頭電極的布設(shè)為:先用風(fēng)鉆在掘進迎頭打孔，孔深300mm，電極插入后用黃泥拌食鹽堵孔，使其與巖壁接觸良好；巷道中將電極打在巷道底部靠近側(cè)壁的一側(cè)，為了使電極與巷道巖層能夠良好接觸，進行電極鹽水澆灌。探測場地選擇在翠屏山煤礦301采區(qū)中±0開采水平的南集運巷（圖2）。

圖2　井下觀測系統(tǒng)布置示意

采用以上參數(shù)測得的原始數(shù)據(jù)繪制的圖像如圖3所示。

圖3　AM與ABM兩種探測方式原始圖像

從圖3可以得出:現(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，其各個電極的電流大小變化較為明顯，且峰值平穩(wěn)。粗略判斷地質(zhì)體間的電阻率差異明顯，測試地面起伏不大，成圖效果較好，可作為詳細(xì)解譯的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

使用WBD2.0軟件系統(tǒng)對探測數(shù)據(jù)進行處理，相應(yīng)的電流圖像如圖4。解編后的成果如圖5所示。

圖4　AM和ABM探測方式解編后電流圖像

圖5　探測成果

由電法探測特點可知，因井下實際巷道內(nèi)的各種金屬器件有較強的電磁場干擾，如頂板支護的錨網(wǎng)、底板鋪設(shè)鐵軌以及側(cè)幫施工的錨桿等，這些金屬物體均在電場數(shù)據(jù)采集過程中造成一定的干擾。

在圖4中，WX1與 WX2處有18，19，20，21，22、23共6個電極的電流異常認(rèn)為是無效數(shù)據(jù)，因其電流變化較小，且超過3個連續(xù)電極數(shù)量，有可能是該處地面有滲水或者是井下電極布置與巷道內(nèi)金屬距離較近造成的。根據(jù)現(xiàn)有理論分析，金屬使得電場在局部地段聚集，改變電流場的正常傳播，在電場信號采集時表現(xiàn)差異突出，造成電阻率異?；?，所以應(yīng)將其剔除，不做參考。

本次探測迎頭前方100m范圍內(nèi)存在2處低阻區(qū)分別為DZ1和DZ2。DZ1低阻異常區(qū)位于迎頭前方0～20m范圍內(nèi)，視電阻率小于35Ω·m可能是煤層或是破碎帶中存有一定水量的斷層帶。DZ2低阻異常區(qū)位于迎頭前方33～40m范圍內(nèi)，視電阻率小于35Ω·m，可能存在有斷層破碎帶，且其裂隙中存在一定量的水，開采時應(yīng)注意安全防護。建議對DZ1和DZ2低阻區(qū)域進行巷探驗證，并加強巷道掘進的地質(zhì)編錄，為后續(xù)探測提高精度提供依據(jù)。

4　結(jié)果與實際對比

測量結(jié)束后的60d，翠屏山煤礦在301采區(qū)南集巷繼續(xù)向前掘進，揭露出F14斷層（圖6）。

圖6　±0水平采掘工程平面（部分）

在實際掘進中，DZ1的區(qū)段中并未發(fā)現(xiàn)所預(yù)測的巖性發(fā)生變化，DZ1區(qū)段巖層裂隙發(fā)育并伴有少量水滲出，對生產(chǎn)沒有顯著的影響。DZ2區(qū)段內(nèi)發(fā)現(xiàn)了所預(yù)測的巖性及產(chǎn)狀發(fā)生變化，揭露出一條產(chǎn)狀為133°∠60°的正斷層，該斷層含水量較大，巖性破碎，與探測結(jié)果相吻合。

5　結(jié) 論

（1）通過在翠屏山煤礦斷裂構(gòu)造探測中的應(yīng)用，說明網(wǎng)絡(luò)并行電法在煤礦超前探測中的應(yīng)用是可行的，且能達到礦方生產(chǎn)要求的精度，可靠性較高。

（2）由于網(wǎng)絡(luò)并行電法本身的特點，其對水敏感，所以探測的斷層含水量越大，效果越好。

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［3］張平松，胡雄武.礦井巷道掘進電磁法超前探測技術(shù)研究現(xiàn)狀［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2015，43（1）:112-115.

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［責(zé)任編輯：施紅霞］

Application of Network Parallel Electric Method in Fault Structure Detection of Coal Mine

XU Fu-mei，CHEN Zhen-xiang，WANG Min-heng，DU Jin-quan，HUANG Rui-zhang
（Resource and Engineering School，Longyan College，Longyan 304012，China）

To the problems of mining and safety production was influenced heavily by complex geological situation of coal mine in Fujian province，the advanced detection of fault structures was important for working efficiency and safety.On the basis of all kinds geological data of Cuipingshan coal mine，the fault structures of the south concentrated translation roadway was advanced detection by network parallel electric method，then through compared with experimental data explaining and exposed in site，the results showed the boundary of fault broken zone was confirmed by electrical resistance parameters that obtained by network parallel electric method was similarly with explored in practice，the results showed the method was feasibly.

network parallel electric method；fault structure；advanced detection

TD15；P631.3

A

1006-6225（2016）04-0023-03

2016-01-11

［DOI］10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.04.006

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（G20142011）；福建省自然科學(xué)基金項目（2015J01170）

許福美（1965-），男，福建莆田人，教授，主要研究方向為煤田地質(zhì)與礦井水害防治。

［引用格式］許福美，陳振翔，王閩恒，等.網(wǎng)絡(luò)并行電法在煤礦斷裂構(gòu)造探測中的應(yīng)用［J］.煤礦開采，2016，21（4）：23-25.