王 程

中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司 陜西 西安 710000

1 引言

鄂爾多斯西部煤田石炭系煤層區(qū)域，根據(jù)鉆孔揭露，井田含水層自上而下依次為：第四系松散孔隙含水層（Q）、第三系下部砂礫石層含水層（N2）、二疊系石盒子組砂巖承壓含水層（P1sh）、二疊系山西組砂巖含水層（P1s）、石炭系太原組砂巖含水層（C3t）、奧陶系石灰?guī)r巖溶水。9號(hào)煤層為石炭系太原組煤層，煤層回采的含水層為二疊系山西組砂巖含水層，該含水層主要存在二層砂巖含水層。

近年來采用多種物探方法探測(cè)煤層頂?shù)装鍘r層富水性，但在縱向高度上定位略有不足。筆者經(jīng)過研究，直流電法在探測(cè)富水性具有其獨(dú)特性和精準(zhǔn)性，將該方法應(yīng)用于煤礦頂板含水層富水性的探查取得了較好的效果。

2 方法技術(shù)簡介

礦井高分辨電測(cè)深是自上世紀(jì)六十年發(fā)展起來，在國際上廣泛應(yīng)用，并在近十幾年煤礦防治水方面取得長足發(fā)展的煤礦物探新技術(shù)。該技術(shù)是采用測(cè)量地層中建立特定電場(chǎng)的分布規(guī)律，對(duì)含水、導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行探查，對(duì)地下水體反映敏感，效果良好。

礦井高分辨電測(cè)深屬全空間直流電法。它以巖石的電性差異為基礎(chǔ)，在全空間條件下建場(chǎng)，使用全空間電場(chǎng)理論，處理和解釋有關(guān)礦井水文地質(zhì)問題。與地面電法不同的是礦井高分辨電測(cè)深是以全空間電場(chǎng)分布理論為基礎(chǔ)，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)。

本次礦井高分辨電測(cè)深技術(shù)使用三極測(cè)深法，針對(duì)探測(cè)巷道頂板含、導(dǎo)水構(gòu)造裂隙而設(shè)計(jì)。

井下采集的第一手資料是反映巖石電性特征的視電阻率（單位：歐姆米），對(duì)井下采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和解釋，具體步驟如下：

（1）數(shù)據(jù)整理。對(duì)所測(cè)視電阻值進(jìn)行全空間校正，巷道空間校正，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、導(dǎo)水構(gòu)造及潛在導(dǎo)水、突水通道，并分析構(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。用于解釋工作面頂、底板隔水層厚度、含水層厚度、含水層原始導(dǎo)升高度。

（4）立體成圖。對(duì)不同深度進(jìn)行類似“CT”成像的剖面、水平切片，分離出電法含水異常區(qū)域，可得到含水（或不含水）視電阻率低阻（高阻）異常剖面圖、平面圖，進(jìn)行立體解釋。

3 工程實(shí)例

工作面所采煤層為9號(hào)煤層，為石炭系太原組，回采受影響的為二疊系山西組砂巖含水層，含水巖系由細(xì)—粗粒砂巖組成，而以粗碎屑巖占比例大。含水層平均厚度18.37m。

據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)資料，該含水層水頭較高，水位埋深8.59m，降低水位111.06m，單位涌水量0.00197L/s·m。在一些鉆孔處煤系地層直接與新近系下部砂礫石層含水層接觸，煤礦開采中涌水量增大，故富水性不均一，平面上差別較大。

設(shè)計(jì)采用高分辨直流電法對(duì)工作面頂板富水性進(jìn)行探查，在工作面兩順槽頂板施工，每10m一個(gè)點(diǎn)，極距范圍為20～100m之間，探查工作面頂板70m范圍內(nèi)富水性，為工作面頂板防治水工作提供參考資料。

首先得到成果時(shí)視電阻率斷面圖，若地層不受富水區(qū)或含導(dǎo)水構(gòu)造影響，煤系的電阻率有序變化，在視電阻率斷面圖上等值線變化穩(wěn)定，呈似層狀分布；當(dāng)存在低阻富水區(qū)或含導(dǎo)水構(gòu)造時(shí)，異常處電阻率值降低，等值線分布表現(xiàn)為扭曲、變形或呈密集條帶等形狀。

為了更加突出異常，對(duì)視電阻率-深度等值線斷面圖進(jìn)一步處理，得到視電阻率斷面異常圖。

然后分析鉆孔資料顯示煤層頂板上35～45m之間為砂巖層，因此抽取9煤層頂板上40m附近平面圖分析低阻異常區(qū)分布情況（見圖1）。

圖1 電法成果低阻異常平面圖

圖中用藍(lán)色表示相對(duì)低的電阻率值。發(fā)現(xiàn)A、B、C和D號(hào)異常區(qū)域。A號(hào)異常主要位于工作面運(yùn)輸順槽200～400m附近，異常向工作面延伸有限，異常分布范圍大，異常強(qiáng)度中等；B號(hào)異常位于工作面運(yùn)輸順槽500～650m附近，異常向工作面延伸有限，異常分布范圍大，異常強(qiáng)度中等；C號(hào)異常主要位于工作面回風(fēng)順槽50～150m附近，異常向工作面延伸，異常強(qiáng)度中等；D號(hào)異常主要位于工作面回風(fēng)順槽700～900m附近，異常向工作面延伸，異常強(qiáng)度相對(duì)中等。上述四個(gè)異常區(qū)并未貫穿整個(gè)工作面，無明顯異常條帶性，說明此層位賦水性不均一。

經(jīng)過鉆探驗(yàn)證，在縱向高度40m附近A、B和C出現(xiàn)3～5m3/h出水在D區(qū)域出現(xiàn)20m3/h的出水，總放水量超過1萬m3。工作面安全回采，未出現(xiàn)頂板出水現(xiàn)象，證實(shí)物探成果的準(zhǔn)確率

4 結(jié)論

1、采用直流電法能探測(cè)煤層頂板含水層的富水性。

2、對(duì)直流電法成果需采用異常提取和切片技術(shù)的處理手段，能跟對(duì)富水區(qū)跟精準(zhǔn)的定位。

3、不同物探方法對(duì)地質(zhì)異常響應(yīng)特征不盡相同，需對(duì)工作面水文地質(zhì)條件充分分析的基礎(chǔ)上，選用適用的物探方法。