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        強(qiáng)富水復(fù)雜區(qū)域裂隙導(dǎo)水通道探查技術(shù)研究

        2022-08-16 06:49:34宋麗超
        煤炭與化工 2022年7期

        宋麗超,王 毅

        (山西霍州煤電集團(tuán) 技術(shù)研究院,山西 霍州 041000)

        汾源煤業(yè)5-103 工作面底板標(biāo)高+1 160—+1 170 m,井田范圍內(nèi)奧灰水位平均標(biāo)高為+1 466 m,工作面帶壓2.96~3.06 MPa。掘進(jìn)期間已揭露高度為20、7、10 m 的斷層,可能導(dǎo)通底板奧灰水。為防止工作面下部砂巖、奧灰?guī)r水沿構(gòu)造帶上涌造成出水事故,需要對工作面下部砂巖及奧灰含水層的富水性進(jìn)行精準(zhǔn)探查,確定富水區(qū)域,為防治水提供詳實(shí)的資料。根據(jù)汾源煤業(yè)5-103 工作面實(shí)際情況,采用直流電法測深、瞬變電磁測深法綜合物探,精確探查工作面及巷道底板下40 m 內(nèi)奧灰層的富水性。

        1 工作面水文地質(zhì)概況

        汾源煤業(yè)5-103 工作面所采的5 號煤層平均厚度10 m,位于石炭系太原組中下部,煤層穩(wěn)定可采,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,含1~3 層不穩(wěn)定夾矸,為1/3 焦煤。5-103 工作面煤層頂?shù)装逯饕獛r性為粉砂巖、泥巖、細(xì)砂巖、中砂巖、石灰?guī)r,電阻率約在數(shù)十至數(shù)千歐姆·米,明顯高于水的電阻率,當(dāng)裂隙發(fā)育區(qū)、構(gòu)造帶等充水時,其導(dǎo)電性大為增強(qiáng),電阻率明顯降低。

        2 綜合物探手段探測

        2.1 直流電四極測深探測

        直流電四極測深探測采用地大華瑞研制的YDZ50 型防爆直流電法儀,如圖1 所示。電極排列和有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下:供電極距AB/2 最大64 m,保證探測深度不小于50 m;供電電流50~70 mA,保證足夠的觀測信號和信噪比;供電間距4 m,保證足夠的分辨率和數(shù)據(jù)采集密度。

        圖1 四極測深裝置示意Fig.1 Device of quadrupole exploring depth

        根據(jù)直流電四極測深探測結(jié)果,在礦井電法低阻異常區(qū)平面圖內(nèi)劃分出10 個視電阻率低阻異常區(qū),分別命名為D1~D10,如圖2 所示。

        圖2 5- 103 工作面礦井電法視電阻率低阻異常斷面Fig.2 Lowresistivity abnormal profile of mine electric method apparent resistivity in No.5-103 face

        D1 位于工作面北部,1032 巷49 號至53 號點(diǎn)之間,靠近1032 巷一側(cè),D1 附近存在H=7 m 斷層,斷裂構(gòu)造發(fā)育,其所在范圍應(yīng)為工作面底板至奧灰頂界面以上地層破碎帶充水引起的電性反映,應(yīng)注意其與工作面底板發(fā)生水力聯(lián)系的可能性。

        D2 位于工作面北部,D1 以南,1032 巷36 號至46 號點(diǎn)之間,靠近1032 巷一側(cè),在1032 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在大面積低阻異常反映,D2 附近斷裂構(gòu)造發(fā)育,其所在范圍應(yīng)為工作面下部地層破碎充水引起的電性反映。D2 與D8低阻區(qū)相互聯(lián)系,反應(yīng)為H=5 m、H=9 m 斷層。D8 是此次綜合電法探測發(fā)現(xiàn)的大面積低阻異常區(qū)之一,位于工作面中部偏北,1031 巷39 號至50號點(diǎn)之間,靠近1031 巷一側(cè),在1031 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在大面積低阻異常反映,D8 附近斷裂構(gòu)造發(fā)育,其所在范圍應(yīng)為工作面下部地層破碎帶充水引起的電性反映。異常范圍內(nèi)奧灰含水的可能性較大,存在奧灰通過斷裂破碎帶與工作面底板發(fā)生水力聯(lián)系的可能性。

        D3、D4 位于工作面中部偏北,1032 巷28 號至38 號點(diǎn)之間,靠近1032 巷一側(cè),在1032 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在明顯低阻異常反映,兩異常位于斷面上部,分布面積較小,根據(jù)D3、D4 電性分布特征及地質(zhì)資料分析,其所在范圍應(yīng)為工作面下部砂巖局部裂隙發(fā)育充水引起的電性反映。

        D5 位于工作面中部偏南,1032 巷17 號至20號點(diǎn)之間,靠近1032 巷一側(cè),在1032 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在明顯低阻異常反映,異常位于斷面中下部,分布面積較大,根據(jù)D5 電性分布特征及地質(zhì)資料分析,其所在范圍應(yīng)為奧灰及上部砂巖巖溶裂隙發(fā)育充水引起的電性反映。

        D6 位于工作面北部,5-103 切巷3 號至7 號點(diǎn)之間,靠近切巷一側(cè),在5-103 切巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在明顯低阻異常反映,主要反應(yīng)為H=5 m、H=9 m 斷層,根據(jù)D6 電性分布特征及地質(zhì)資料分析,其所在范圍應(yīng)為工作面下部砂巖局部裂隙發(fā)育充水引起的電性反映。

        D7 位于1031 巷53 號至56 號點(diǎn)之間;D9 位于1031 巷31 號至35 號點(diǎn)之間,D10 位于工作面中部偏南;1031 巷14 號至19 號點(diǎn)之間。3 個異常區(qū)均靠近1031 巷一側(cè),在1032 巷底板視電阻率低阻異常斷面圖上存在小范圍低阻異常反映,根據(jù)D7、D9、D10 電性分布特征及地質(zhì)資料分析,其所在范圍應(yīng)為工作面下部砂巖局部破碎或裂隙發(fā)育充水引起的電性反映。

        2.2 瞬變電磁法底板測深探測

        瞬變電磁法底板測深探測采用加拿大Geonics公司生產(chǎn)的PROTEM47 瞬變電磁儀,PROTEM 接收機(jī)具有24 位瞬時分辨率,29 位系統(tǒng)分辨率,270 kHz 帶寬,微秒級的30 個采樣門和XYZ 三分量同時觀測等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于井下富水性探測。礦井PROTEM47 瞬變電磁儀底板富水性探測劃分出5 個視電阻率低阻異常區(qū),分別命名為S1~S5,如圖3 所示。

        圖3 5- 103 工作面瞬變電磁視電阻率等值線斷面Fig.3 Contour profile of transient electromagnetic apparent resistivity in No.5-103 face

        S1 位于工作面北部,1032 巷51 號至54 號點(diǎn)之間,靠近1032 巷一側(cè),異??v向延展距離較長,呈長條帶狀反映,S1 附近斷裂構(gòu)造發(fā)育,位置與D1 相近,其所在范圍應(yīng)為工作面下部地層破碎充水引起的電性反映,應(yīng)注意異常范圍內(nèi)工作面底板與下部奧灰含水層通過斷層發(fā)生水力聯(lián)系的可能性。

        S2 位于1031 巷50 號至52 號點(diǎn)之間,靠近1031 巷一側(cè),異常縱向延展距離較長,呈條帶狀反映,垂向延伸范圍0~-75 m,主要受1031 巷H=5.6 m 斷層影響。

        S3 位于1031 巷30 號至33 號點(diǎn)之間,異常縱向延展距離較長,呈條帶狀反映,垂向延伸范圍0~-75 m,所在范圍應(yīng)為工作面下部砂巖和奧灰?guī)r溶裂隙發(fā)育充水引起的電性反映。

        S4 位于工作面南部,1031 巷10 號至14 號點(diǎn)之間,異常位于斷面中下部,縱向延展距離較長,呈長條帶狀反映,垂向延伸范圍-20~-75 m。根據(jù)S4 電性分布特征及地質(zhì)資料分析,其所在范圍應(yīng)為工作面下部砂巖和奧灰?guī)r溶裂隙發(fā)育充水引起的電性反映,應(yīng)注意異常范圍內(nèi)工作面底板與下部奧灰含水層之間的水力聯(lián)系。

        S5 位于工作面南部,S4 以南,1031 巷0 號至4 號點(diǎn)之間,異??v向延展距離較長,上部接近斷面頂部,下部至斷面底部,垂向延伸范圍0~-75 m。S5 與S4 電性反映特征相似,其所在范圍應(yīng)為工作面下部砂巖和奧灰?guī)r溶裂隙發(fā)育充水引起的電性反映,應(yīng)注意異常范圍內(nèi)工作面底板與下部奧灰含水層之間的水力聯(lián)系。

        3 工作面電法和瞬變電磁低阻異常對比分析

        5-103 工作面綜合探測推斷成果如圖4 所示。從2 種方法探測成果圖中可以看出,礦井電法低阻異常D1 與瞬變電磁低阻異常S1 對應(yīng)一致;與D4、D10 對應(yīng)的瞬變電磁斷面上的相應(yīng)區(qū)域相對低阻特征明顯;D2、D3、D5 因在瞬變電磁測量頂部邊界附近及以上范圍,故無確切的瞬變電磁資料與之對比。

        圖4 5- 103 工作面綜合探測推斷成果Fig.4 Results of integrated detection inference in No.5-103 face

        4 結(jié) 語

        對比1031 巷、1032 巷底板礦井電法和瞬變電磁測量的成果圖可以看出低阻異常反映特征基本對應(yīng)一致,可以認(rèn)為5-103 工作面礦井電法和瞬變電磁測量成果是可靠的,達(dá)到了方法優(yōu)勢互補(bǔ)、相互驗(yàn)證和增大探測范圍的目的,可以科學(xué)有效的幫助制定正確地防治水措施,確保工作面安全回采。

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