李 強(qiáng)

（山東能源肥礦集團(tuán)，山東 肥城 271608）

直流電法具有抗干擾能力強(qiáng)，施工效率高，能直接反映地電體的特征等特點(diǎn)，其豐富的裝置類(lèi)型和成熟的理論技術(shù)能夠滿(mǎn)足不同類(lèi)型的勘察任務(wù)。為了檢驗(yàn)注漿的效果，本文以白莊煤礦9801 工作面為研究區(qū)域，利用直流電法探測(cè)9801 工作面注漿前后底板五灰、奧灰相對(duì)富水情況[1-5]，為煤礦安全生產(chǎn)提供保障。

1 工程實(shí)例

1.1 工區(qū)概況

白莊煤礦9801 工作面位于肥城市沙莊村以南，地面整體為一片向東北方向緩抬升的農(nóng)田，工作面范圍內(nèi)有一條小路。地面標(biāo)高：+81.33～ +85.85 m。該區(qū)域?yàn)?430 m 水平9800 采區(qū)東翼首采工作面，位于9800 東翼泄水巷以南，9803 工作面（形成通風(fēng)系統(tǒng)）以西，八采區(qū)泄水（回風(fēng)）巷、9800 集中皮帶以東。該工作面上覆8 煤層采空區(qū)，相鄰工作面8803、8805、8807 工作面于2014 至2016 年回采結(jié)束，8 煤層采空區(qū)與9 煤層間距為5.8～9.6 m，平均7.8 m。8 煤層采空區(qū)以上30.1 m 為7 煤層采空區(qū)，9 煤層下方4.5 m 為10 Ⅱ煤層。

1.2 水文地質(zhì)條件

9801 工作面煤巖層整體呈單斜構(gòu)造，走向86°～113°，傾向356°～23°。工作面煤巖層傾角較平緩，在1°～6°之間，平均3°。工作面回采范圍內(nèi)巷道揭露兩條不導(dǎo)水正斷層，落差0.6～0.8 m，回采過(guò)程中有可能揭露其他隱伏構(gòu)造。

該工作面上覆7、8 煤層均已回采完畢。8 煤層工作面回采過(guò)程中證實(shí)上覆7 煤層采空區(qū)無(wú)老空積水；上覆8煤層回采結(jié)束后，出現(xiàn)滯后出水一處（8807工作面），最大水量為90 m3/h，經(jīng)注漿封堵后殘流水量為20 m3/h。9801 工作面注漿改造期間，對(duì)上覆8 煤層采空區(qū)殘流水進(jìn)行封堵，現(xiàn)無(wú)殘流水。8煤層采空區(qū)面后設(shè)有專(zhuān)用泄水巷，實(shí)現(xiàn)自然泄水，9801 工作面不受老空水威脅。工作面回采范圍內(nèi)掘進(jìn)巷道揭露兩條落差分別為0.6 m 及0.8 m 的不導(dǎo)水正斷層，附近100 m 范圍內(nèi)無(wú)導(dǎo)水構(gòu)造，不存在巷道或者回采破壞斷層防水煤柱現(xiàn)象。9801 工作面回采期間不受斷層水害威脅。

該工作面五灰含水層厚2.2～7.0 m，平均4.1 m；上距9 煤層底板24.9～36.9 m，平均29.2 m。注漿改造前五灰含水層最大突水系數(shù)為0.121 MPa/m。奧灰與五灰層間距為4.1～9.6 m，平均6.2 m；上距9煤層底板33.2～47.9 m，平均39.5 m。注漿改造前奧灰含水層最大突水系數(shù)為0.148 MPa/m。

1.3 地球物理特征

9801 工作面底板巖層主要由粉砂巖、砂巖、泥巖、灰?guī)r和煤層等組成，成層性較好，其電阻率與巖性對(duì)應(yīng)，具有較好的規(guī)律性，不同巖層電阻率存在較明顯差異。如果巖層破碎并富水，則其導(dǎo)電性增強(qiáng)，電阻率降低。下伏的五灰、奧灰等灰?guī)r含水層，不富水時(shí)電阻率很高，如果巖溶裂隙發(fā)育且富水，灰?guī)r的電阻率將大幅度降低。因此應(yīng)用直流電法技術(shù)進(jìn)行底板富水性探查具有較好的物性條件。

2 直流電法物探布置

2.1 基本原理

直流電法是以煤巖層之間的電阻率差異為物理前提，在了解煤巖層電阻率及其影響因素的基礎(chǔ)上，開(kāi)展對(duì)礦井的電法探測(cè)工作[1]。其原理是將直流電源的兩端通過(guò)埋設(shè)地下的兩個(gè)電極向大地供電，在地面以下的導(dǎo)電半空間建立起穩(wěn)定電場(chǎng)[2-4]。該穩(wěn)定電場(chǎng)的分布狀態(tài)決定于地下不同電阻率的巖層（或礦體）的賦存狀態(tài)，從地面觀察穩(wěn)定電場(chǎng)的變化和分布，可以了解地下的地質(zhì)情況[5]。

2.2 施工設(shè)計(jì)

本次直流電法探查數(shù)據(jù)采集在工作面軌道、運(yùn)輸順槽進(jìn)行，注漿前后，分別在巷道底板依次布置電極和電法測(cè)線，采用AM 裝置，電極距5.5 m，共布設(shè)2 站，第一站布設(shè)電極52 個(gè)，第二站布設(shè)電極52 個(gè)，共布設(shè)電極104 個(gè)，測(cè)線總長(zhǎng)度561 m。每次數(shù)據(jù)采集都進(jìn)行了2 次以上的重復(fù)采集，保證了數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。

3 結(jié)果分析

直流電法數(shù)據(jù)采集工作完成后，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與處理，得到注漿前后視電阻率剖面圖（圖1、圖2）。為了更直觀地了解各區(qū)域巖石視電阻率的變化情況，坐標(biāo)系選取9801 工作面軌道順槽K4 點(diǎn)后5.5 m處為平面直角坐標(biāo)系原點(diǎn)（0，0），沿9801 軌道順槽方向指向9801 切眼為X 軸正向，垂直9801 軌道順槽指向9801 運(yùn)輸順槽為Y 軸正向，在此基礎(chǔ)上來(lái)觀察注漿前后異常區(qū)的變化。

圖1 注漿前工作面切片圖

圖2 注漿后工作面切片圖

注漿前，五灰段相對(duì)低阻區(qū)以視電阻率值小于30 Ω·m 為基礎(chǔ)圈定，分析得出該工作面五灰視電阻率相對(duì)低異常區(qū)3 個(gè)；奧灰段相對(duì)低阻區(qū)以視電阻率值小于35 Ω·m 為基礎(chǔ)圈定，分析得出該工作面奧灰視電阻率相對(duì)低異常區(qū)3 個(gè)。分析如下：

五灰異常區(qū)如圖1（1）所示，其中1 號(hào)異常區(qū)位于X=18～81 m、Y=6.5～33 m，對(duì)應(yīng)于9801 軌道順槽導(dǎo)線點(diǎn)K5 點(diǎn)前10 m 到K6 點(diǎn)后28.5 m 之間，長(zhǎng)度約63 m，視電阻率值＜30 Ω·m。

2 號(hào)異常區(qū)位于X=79～94 m、Y=68～84 m，對(duì)應(yīng)于9801 運(yùn)輸順槽導(dǎo)線點(diǎn)C13 點(diǎn)后11.5 m 到C13點(diǎn)后26.5 m之間，長(zhǎng)度約15 m，視電阻率值＜30 Ω·m。

3 號(hào)異常區(qū)位于X=140～192 m、Y=11.5～84 m，對(duì)應(yīng)于9801 運(yùn)輸順槽導(dǎo)線點(diǎn)C12 后1 m 處到C10點(diǎn)之間，長(zhǎng)度約52 m，視電阻率值＜30 Ω·m。

奧灰異常區(qū)如圖1（2）所示，其中1 號(hào)異常位于X=19.5～82 m、Y=4 ～35.5 m，對(duì)應(yīng)于9801 軌道順槽導(dǎo)線點(diǎn)K5 點(diǎn)前8.5 m 處到K6 點(diǎn)后29 m 之間，長(zhǎng)度約62.5 m，視電阻率值＜35 Ω·m。

2 號(hào)異常區(qū)位于X=78～94 m、Y=68～84 m，對(duì)應(yīng)于9801 運(yùn)輸順槽導(dǎo)線點(diǎn)C14 后19.5 m 處到C13點(diǎn)前12 m 之間，長(zhǎng)度約16 m，視電阻率值＜35 Ω·m。

3 號(hào)異常區(qū)位于X=136～199 m、Y=8.5～84 m，對(duì)應(yīng)于9801 運(yùn)輸順槽導(dǎo)線點(diǎn)C12 點(diǎn)后6 m 處到C10 點(diǎn)前6.5 m 之間，長(zhǎng)度約63 m，視電阻率值＜35 Ω·m。

總體來(lái)看異常區(qū)位于X=18～91 m、Y=4～35.5 m；X=78～94 m、Y=68～84 m；X=136～199 m、Y=8.5～84 m 范圍內(nèi)，視電阻率值相對(duì)低的范圍較大。

注漿后，五灰段相對(duì)低阻區(qū)以視電阻率值小于15 Ω·m 為基礎(chǔ)圈定，分析得出該工作面五灰視電阻率相對(duì)低異常區(qū)2 個(gè)；奧灰段相對(duì)低阻區(qū)以視電阻率值小于24 Ω·m 為基礎(chǔ)圈定，分析得出奧灰視電阻率相對(duì)低異常區(qū)1 個(gè)。分析如下：

五灰異常區(qū)如圖2（1）所示，其中1 號(hào)異常區(qū)位于X=13～108 m、Y=7～56 m，對(duì)應(yīng)于9801 軌道順槽導(dǎo)線點(diǎn)K5 點(diǎn)前15.5 m 到K6 點(diǎn)后55 m 之間，長(zhǎng)度約108 m，視電阻率值＜15 Ω·m。

2 號(hào)異常區(qū)位于X=145.5～171 m、Y=39.5～80.5 m，對(duì)應(yīng)于9801 運(yùn)輸順槽導(dǎo)線點(diǎn)C12 前4.5 m 處到C11 點(diǎn)前15 m 之間，長(zhǎng)度約25.5 m，視電阻率值＜15 Ω·m。

奧灰異常區(qū)如圖2（2）所示，該異常區(qū)位于X=30～118 m、Y=9～67 m，對(duì)應(yīng)于9801 軌道順槽導(dǎo)線點(diǎn)K5 點(diǎn)后1.5 m 處到M6 點(diǎn)后10.5 m 之間，長(zhǎng)度約88 m，視電阻率值＜22 Ω·m。

注漿后，異常區(qū)總體位于X=13～118 m、Y=7～56 m；X=145.5～171 m、Y=39.5～80.5m 范圍內(nèi)。工作面內(nèi)視電阻率較低的范圍明顯減小。

對(duì)比注漿前后工作面切片圖，可以發(fā)現(xiàn)五灰、奧灰低阻異常區(qū)明顯減少，并且工作面總體視電阻率值明顯降低，說(shuō)明注漿后巖層電阻率增大。

4 結(jié)論

（1）注漿前，對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行直流電法探測(cè)可以有效探測(cè)出底板巖層相對(duì)賦水情況，從而指導(dǎo)注漿工作的開(kāi)展，極大地提高注漿效率。

（2）注漿后，通過(guò)對(duì)比注漿前后視電阻率的變化，發(fā)現(xiàn)注漿處理后研究區(qū)域電阻率值顯著增強(qiáng)，低阻異?；鞠Вf(shuō)明此次注漿對(duì)工作面底板改造效果顯著，注漿效果較好。

（3）實(shí)踐證明，應(yīng)用直流電法探測(cè)技術(shù)，檢測(cè)工作面底板含水層注漿改造質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)注漿隱患，對(duì)隱患區(qū)域進(jìn)一步進(jìn)行注漿加固，確保注漿改造效果，防止底板五灰、奧灰突水，為煤礦安全生產(chǎn)提供了保障。