综合物探技术在综采工作面底板富水性探测中的应用

王鹏江

（晋能控股煤业集团朔州煤电有限公司，山西 怀仁 038300）

水害是煤矿五大灾害之一[1-3]，对煤矿安全生产影响巨大。物理探测技术已在煤矿防治水工作中广泛应用，但是由于不同地质条件，不同物理探测方法其结果往往具有一定的差异性，需要综合判断方能指导煤矿安全生产[4-5]。

1 工程概况

1.1 工作面概况

小峪煤矿主要开采石炭系3-5 号煤层和8 号煤层，开采标高+800～+1200 m。寒武-奥陶系岩溶含水层水位标高+900～+1180 m，5 号煤层相对奥灰含水层大部分为带压开采。301 盘区5 号层8103 工作面位于井田中北部，工作面北部为H=47 m 断层，南部为301 盘区右翼回风巷和右翼皮轨合一巷，西部与东部均为实体煤。其中，5103 巷长890 m，2103 巷长1030 m，工作面宽180 m，工作面煤层坡度平缓，煤质疏松。5 号煤层厚4～7.2 m，平均5.6 m，煤层自然倾角2°～5°，平均为3°。工作面布置如图1。

图1 工作面布置图

1.2 地质构造

8103 工作面范围内有三条断层影响，F8 正断层位于2103 巷里程40 m 处，影响范围15 m，走向北东25°～45°，倾向北西，倾角65°，落差约2 m，延伸长度30 m。F9正断层位于2103巷里程270 m处，影响范围25 m，走向北西60°，倾向南西，倾角75°，落差约3 m，延伸长度50 m。F303 正断层位于8103 工作面北部，走向北西，倾向南西，倾角60°，落差47～50 m，井田内延伸长度＞1800 m。

2 综合物探分析

2.1 无线电波坑道透视分析

（1）测点布置

在8103 工作面2103 巷和5103 巷中同时进行施工，8103 工作面2103 巷和5103 巷分别布置86 个接收采集测点，接收点距10 m，16 个发射点，发射点距50 m。每个发射点对应11 个接收点。每个发射点发射时长预计3 min，搬站时长预计2 min，单巷发射完毕需80 min，8103 工作面全部发射接收采集时长共需160 min。

（2）探测结果分析

结合工作面地质资料，通过分析8103 工作面无线电波坑道透视结果（如图2 所示），确定了2个高阻异常区和2 个低阻异常区，结论如下：

图2 8103 工作面煤层无线电波坑道透视结果图

① 工作面采位0～50 m为本次探测区域异常区，即1 号低阻异常区，影响范围小，主要影响靠近2103 巷，推断异常区为断层破碎带。因此，建议打钻验证，回采工作前提前准备过断层措施，加强顶板支护，做好预防奥灰突水措施和排水工作，做好预测预报工作。

② 采位750～850 m 为本次探测区域异常区，为2 号低阻异常区，异常反应明显，主要影响靠近5103 巷，推断异常区为断层破碎带。煤厚异常变薄，建议打钻验证，回采工作前提前准备过断层措施，加强顶板支护，做好预防奥灰突水措施和排水工作，做好预测预报工作。

③ 2103 巷20～30 号点和5103 巷515～532 号点之间、2103 巷55～60 号点和5103 巷560～565 号点之间煤层异常增厚带（层滑逆断层），这些区域煤层顶底板岩石破碎，要加强防漏顶工作。

2.2 音频直流电透视分析

（1）测点布置

在8103 工作面5103 巷和2103 巷中同时进行施工，8103 工作面5103 巷布置86 个接收坐标测点，接收点距10 m，16 个发射点，发射点距50 m；2103 巷布置86 个接收坐标测点，接收点距10 m，16 个发射点，发射点距50 m。本次探测测点间距设定为10 m，发射点间距为50 m，每个发射点对应30 个接收点。本次物探工作在8103 工作面5103巷、2103 巷各布置发射点16 个，共计32 个发射点。为了探测该区段顶板上不同深度的水文地质状况，矿井音频电透视施工时采用F=128 Hz、16 Hz 两个频点依次发射采集。

（2）探测结果分析

① 电导率层析分析

8103 工作面音频直流电透视电导率层析成像结果如图3 和图4。8103 工作面底板方向探测128 Hz 电导率平面图中最大电导率值为23.3 S/m，最小电导率值为12.5 S/m，平均为18 S/m，说明工作面底板下方40 m 水平切面内仅5103 巷780 m 处和5103、2103 巷500 m 处局部存在含水区域；8103工作面底板方向探测16 Hz 电导率平面图中最大电导率值为11.8 S/m，最小电导率值为7.2 S/m，平均为9.4 S/m，说明工作面底板下方80 m 水平切面内仅5103 巷780 m 处和5103、2103 巷450～500 m 处局部存在含水区域。

图3 8103 工作面底板方向探测128 Hz 电导率平面图

图4 8103 工作面底板方向探测16 Hz 电导率平面图

② 电阻率层析分析

通过探测可知，8103 工作面底板方向探测128 Hz 电阻率平面图中最大电阻率值为130 Ω·m，最小电阻率值为30 Ω·m，平均为70 Ω·m，说明工作面底板下方40 m 水平切面内仅5103 巷780 m 处和5103、2103 巷500 m 处局部存在含水区域；8103工作面底板方向探测16 Hz 电导率平面图中最大电阻率值为230 Ω·m，最小电导率值为60 Ω·m，平均为100 Ω·m，说明工作面底板下方80 m 水平切面内仅5103 巷780 m 处和5103、2103 巷450～500 m 处局部存在含水区域。

2.3 瞬变电磁探测分析

（1）测点布置

在5103 巷和2103 巷进行瞬变电磁数据采集，另外在切巷及皮轨巷也进行了采集，共布置4 条测线，分别在5103 巷、2103 巷、切巷、皮轨巷中进行。

（2）探测结果分析

结合工作面地质资料，对8103 工作面瞬变电磁探测底板不同深度电压平面等值线图（如图5 所示）进行分析，确定了2 个高电压异常区，结论如下：

图5 8103 工作面瞬变电磁探测底板电压平面切片图

① 根据矿方提供的8103 工作面等高线、等厚线图和实际揭露地质资料，结合坑透探测成果，分析认为工作面5103 回风巷侧探测400～500 m 范围为本次探测区域异常区，即1 号高电压异常区，且在60～70 m 深度达到最大值，推断异常区为断层破碎带。因此，建议打钻验证，回采工作前提前准备过断层措施，加强顶板支护，做好预防奥灰突水措施和排水工作，做好预测预报工作。

② 根据矿方提供的8103 工作面等高线、等厚线图和实际揭露地质资料，结合瞬变探测成果，分析认为工作面5103 回风巷侧探测700～750 m 范围为本次探测区域异常区，即为2 号低阻异常区。异常反应明显，主要影响靠近5103 巷，推断异常区为断层破碎带，并且煤厚异常变薄，建议打钻验证，回采前提前准备过断层措施，加强顶板支护，做好预防奥灰突水措施和排水工作，做好预测预报工作。

3 物探成果综合分析

综合分析以上3 种物探成果，发现4 处低阻异常区域，异常区域位置和形态基本一致，三种方法起到了相互印证的作用。

（1）异常区一位于8103 工作面切眼附近，主要在工作面进风巷0～50 m 位置，坑透、音频电透、瞬变均为弱异常，分析异常区一可能为底板灰岩岩层存在弱富水性区域。

（2）异常区二位于8103 工作面中部，主要在工作面进风巷、回风巷测点450～500 m 范围，坑透、音频电透、瞬变均为中等异常，异常区富水性相对较强。结合已知地质资料，分析异常区二可能为底板灰岩岩层中等富水性区域。

（3）异常区三位于8103 工作面停采线附近，主要在工作面进风巷0#点向东600～730 m 位置以及回风巷0#点向东600～680 m 位置，进、回风巷瞬变电磁成果图对应较好，音频电透底板下0～50 m和50～100 m 成果图对应较好，瞬变电磁成果异常三和音频电透底板下0～50 m 成果异常五、底板下50～100 m 成果异常八存在异常区重叠，异常范围相对较大，异常区富水性相对较强。结合已知地质资料，分析异常区三可能为底板灰岩岩层强富水性区域。

4 建议

根据本次8103 工作面采用无线电波透视、音频电穿透和瞬变电磁三种物探技术对该工作面进风、回风、工作面内部及5 号煤层底板隔水层的构造发育情况、富水异常区的探测结果，结合现场地质资料综合分析，建议在坑透和音频电透视异常区一、异常区二、异常区三布设探查孔。