综合物探技术在屯兰矿18207工作面的应用

王 芳

综合物探技术在屯兰矿18207工作面的应用

王 芳

(西山煤电(集团)有限责任公司地质处，山西 太原 030053)

通过应用高密度电法、瞬变电磁法、无线电波坑透法等综合物探方法对屯兰矿18207采煤工作面进行探测，推测探测范围内的煤层底板岩层较为完整，没有明显的破碎充水带;古交断层(F23)的富水性较弱;工作面内未发现明显的落差大于煤厚的断层，断层构造对工作面回采影响较小。

综合物探;高密度电法;瞬变电磁法;无线电波透视法

1 概况

屯兰矿18207工作面走向长1 765 m，倾向宽201 m，井下位于南二盘区左翼。北与28105工作面相邻，南与古交断层相接，东接南二下组煤回风巷，西与南二轨道巷相邻(见图1)。工作面上部为2#煤采空区。该面回采的 8#煤层厚 2.80～3.64 m，平均3.52 m，煤层结构复杂。该工作面带奥灰水压开采，奥灰水静水位标高+807.44 m，8#煤层底板标高为640 ～710 m。带压1.67～2.5 MPa，突水系数0.04 ～0.070 8 MPa/m。

图1 18207工作面示意图

工作面南部的古交断层(F23)为正断层，断层走向 N42°～50°E，倾向 NW，倾角 58°～80°，断距 50 ～160 m。工作面沿古交大断层一侧将承受更大垂向和侧向奥陶系水压，断层走向、倾向及其在深部的发育特征、富水程度直接影响着工作面的安全开采。

为研究与评价该工作面带压开采及构造导水性等问题，回采前采用了直流电法、瞬变电磁法、无线电波透视法等综合物探技术进行了探测研究，从而为工作面防治水措施的制定提供依据。

2 综合物探技术应用

2.1 高密度电法

2.1.1 仪器及参数选择

本次高密度电法勘探使用重庆煤科院生产的防爆型高密度仪器，数据采集由微机控制，自动记录和存储，电极转换由电极集线器自动完成。

2.1.2 测线及测点布置

本次探测在18207工作面回风巷内进行，第一条测线布置于T63钻孔周围200 m范围，钻孔位于31#和32#电极之间;第二条侧线布置于17#导向(线)点处的断层前后200 m范围，断层断面穿过32#与33#测点之间。测点设计电极距5 m，每条测线布置64个电极，采用温纳装置型式，隔离系数为20，每条测点采集数据650个，探测横向距离315 m。

2.1.3 资料处理解释

2.1.3.1 T63钻孔直流电法资料处理解释

本次高密度测线布置于T63钻孔两侧各100 m范围内，视电阻率拟断面图见图2，视电阻率反演成 果图见图3。

本站测线上的电极接地条件良好，采集数据质量较高。图2，3中纵坐标为探测深度，横坐标为测线长度。由图2，图3可以看出，在勘探深度25 m以下范围，底板岩层较为完整，形成一个明显的高阻分界面。需要注意的是，钻孔左侧40～100 m范围内出现了一处较为明显的低阻异常区域，结合井下记录发现，这一区域巷道内有较多的积水和淤泥，对数据的采集造成了一定的影响，但是仍然可以看出，低阻区域向深部趋于闭合，未向深部延伸发展。此外横坐标160 m处的低阻区域范围较小，为封闭状态，不与深部发生联系。因而可以推断，测线范围内的底板岩层较为完整，没有明显的破碎充水带。

2.1.3.2 断层高密度电法资料处理解释

本次高密度电法测线布置于断层断面两侧各100 m范围内，共设64个电极，电极距5 m，采用温纳装置测量，隔离系数设置为20。采集数据之后，利用Surfer软件对资料进行处理，生产视电阻率拟断面图见图4，采用瑞典Res2dinv软件进行视电阻率反演，生产反演成果图见图5。

本站测线上的电极接地条件较差，对采集数据的质量造成了一定的影响。尽管如此，从图3，图4中仍然可以看出较为清晰的高阻分界面，在断层附近，底板岩层隆起，形成明显的分界面。图4中纵坐标为探测深度，横坐标为测线长度。横坐标70 m和200 m范围出现的两处低阻的异常区域均为封闭状态，未与深部导通。在横向坐标280 m左右的地方，出现了一处较为明显的低阻异常，结合井下记录，这一区域巷道内有较多的积水和淤泥，对数据的采集造成了很大的影响，但是低阻的区域位于浅层位置，对回采的影响不大。

高密度电法资料可以得出，测线范围内的底板岩层基本完整，仅有个别区域出现低阻区域，且低阻区域范围较小，基本都位于浅层位置，或者呈封闭状态，不与深部发生联系，故此对回采结果影响不大。

图6 瞬变电磁法勘探示意图

2.2 瞬变电磁法

2.2.1 仪器及参数选择

本次瞬变电磁勘探使用福建华虹公司生产的矿用防爆型瞬变电磁仪器。数据采集由微机控制，自动记录和存储，可实现数据回放。采用多匝2 m×2 m矩形重叠回线装置，发射线框18匝，接收线框36匝，叠加次数32次。

2.2.2 测点布置

本次瞬变电磁探测工作在18207回风巷展开，从切眼开始以10 m点距布置测点，至13#导向点位置共布置126个测点，每点按图6所示进行4个方向的探测，其中在钻孔和断层前后各100 m范围以5 m点距进行加密。

成果图中横坐标为测线距离及测点号，纵坐标为探测深度。本次探测以20Ω·m为标准划分异常区域。

2.2.3 资料处理解释

2.2.3.1 D1 向资料处理解释

D1探测方向的视电阻率等值线断面图见图7，图7中低阻区域主要集中于两处地方，一处位于0～25#测点范围内，第二处主要集中于40#～78#测点范围内。其中0～10#测点底板堆放瓦斯管，顶板悬挂有隔爆水墙，局部底板积水，对探测结果有一定的影响，不能分辨是否为富水低阻异常，暂划分为可疑区域，16#～25#测点之间无明显的干扰，低阻区域较为连续，异常面积较大，故该区段低阻异常推测为富水低阻异常。42#～53#测点之间为高密度测线所在区域，该区域无明显干扰，仅在局部有淤泥存在，低阻区域相对连续，异常面积相比上一处较小，该区段低阻异常推测为富水低阻异常。56#～61#测点和71#～77#测点两处低阻区域相对连续，异常面积较小，同时探测条件较好，无干扰，故解释为两处富水低阻异常。其他零星低阻异常未作含水异常解释。其他区间段等值线变化平缓，横向分布连续均一，电阻率值高于20Ω·m，未出现相对低阻异常。

图7 D1探测方向视电阻率等值线断面图

2.2.3.2 D2 探测方向资料处理解释

D2探测方向的视电阻率等值线断面见图8，图8中等值线变化平缓，横向分布连续均一，未出现相对低阻异常。仅在7#和52#两处测点附近出现零星的低阻异常，由于视电阻率值略高于划分标准，且异常范围小，比较孤立，加之上述区域存在一定干扰因素，故未解释为富水异常。除此之外，其他区间段电阻率值高于20Ω·m，未出现相对低阻异常。

图8 D2探测方向视电阻率等值线断面图

2.2.3.3 D3 探测方向资料处理解释

D3探测方向视电阻率等值线断面图见图9。图9中7#～8#测点和81#测点存在两处狭窄的低阻区域，呈条带状，较为孤立，且存在干扰因素，故排除含水低阻异常。第一个加密区段为T63钻孔高密度测线区段，这一范围内等值线较为均匀，没有出现低阻异常，与高密度结果相比，吻合较好，底板岩层较为完整，不存在明显的破碎充水带。第二个加密区域为断层高密度测线区段，在断层面的位置处出现一个小范围的低阻异常，位于101#～104#测点之间，说明断层局部可能富水，同时，在这一区域顶板有滴水现象，同高密度结果相比较，对断层面的反映较为一致。故此把这一区段的低阻异常推测为富水低阻异常。其他零星低阻异常未作富水异常解释。除此之外，其他区间段等值线变化平缓，横向分布连续均一，电阻率值高于20Ω·m，未出现相对低阻异常。

图9 D3探测方向视电阻率等值线断面图

2.2.3.4 D4 探测方向资料处理解释

D4探测方向的视电阻率等值线断面图见图10。图10中D4探测方向的视电阻率等值线断面图中等值线变化平缓，横向分布连续均一，未出现相对低阻异常。在7#测点附近出现狭窄条带状低阻异常，且异常范围小，较孤立，加之上述区域存在干扰因素，故未解释为富水异常。其他零星低阻异常未作富水异常解释。除此之外，其他区间段等值线变化平缓，电阻率值高于20Ω·m，未出现相对低阻异常。

2.3 无线电波坑透

2.3.1 仪器及参数选择

本次无线电波坑透使用重庆煤科院生产的矿用防爆型坑透仪器WKT－E，数据采集微机控制，自动记录和存储。无线电波坑透发射点距50 m，发射电流80 mA，采用0.5 MHz天线。

2.3.2 测点布置

本次无线电波坑透发射点间隔50 m，接收点间隔10 m。在两个顺槽共布置发射点49个，接收点539个。每个发射点接收11次。

图10 D4探测方向视电阻率等值线断面图

2.3.3 资料处理与解释

坑透资料解释采用相对衰减层析成像方法对实测资料进行了电磁层析成像反演。相对衰减层析成像图见图11。

图11 18207工作面相对法层析处理成像色块图

图11 中主要存在2处衰减异常。第一处衰减异常范围在回风巷始于70#测点，终止于75#测点，在进风巷也位于70#测点。

根据其所处位置推测：回风巷揭露的落差1.8 m和斜切眼揭露的落差4.5 m的2条断层(GD3和XQ1)造成了该衰减条带，与上述2处揭露断层吻合情况较好。

从衰减情况看，该断层发育较单一，无伴生小断层，断层上下两盘煤层较为完整。第二处衰减异常范围较大，在回风巷起始于105#测点，终止于125#测点，在进风巷起始于95#测点，终止于125#测点，较强的衰减条带交织在一起，形成大面积衰减异常，推测有2处异常，编号F4和F5，其中F5异常与巷道断层(GD4)揭露情况吻合，即高密度测线处的异常，从衰减情况看，此条断层已延展于工作面内部，但发育较为简单，伴生小断层的可能性不大。

解释结果为：工作面两顺槽及切眼共揭露断层10条，本次解释断层6条。具体见成果图12。

图12 18207工作面无线电波坑透成果图

依据巷道揭露地质条件及坑透实测场强曲线综合分析，可以得出以下地质结论：

1)探测结果与两道揭露情况基本一致。轨道巷揭露的GD1和GD2断层与切眼揭露的Q1和Q2断层在成果图上都有反应，但向工作面里延伸很短。总体来说，从斜切眼到切眼的工作面里断层较少，且落差不大，但从斜切眼到停采线的工作面里断层较多，且断层落差较大。

2)F1为皮带巷揭露的PD1断层向工作面内延伸，延伸长度约100 m，面内断层落差：H＜1/2煤厚。F2为皮带巷揭露的PD2断层向工作面内延伸，延伸长度约50 m，面内断层落差：H＜1/2煤厚。

3)F3为轨道巷揭露的GD3断层向工作面内延伸，延伸长度约130 m，面内断层落差：H＜1/2煤厚。另外由于斜切眼和斜切眼揭露的XQ1断层的影响，造成在斜切眼的中部出现异常区。

4)F4为皮带巷揭露的PD3断层向工作面内延伸，延伸长度约200 m，面内断层落差：H＞1/2煤厚。F5为轨道巷揭露的GD4断层向工作面内延伸，延伸长度约120 m，面内断层落差：H＞1/2煤厚。另外由于皮带巷PD3断层和轨道巷GD4断层在工作面里影响，造成这2条断层之间出现许多假的异常。

2.4 综合解译

1)高密度电法结果显示，T63钻孔和断层左右各100 m范围内的底板岩层较为完整，未发现明显的充水裂隙带，与瞬变电磁法D3探测方向结果吻合情况较好;两种方法对断层位置的反映均比较明显。

2)瞬变电磁法结果显示，D1探测方向，即古交断层探测方向出现4处低阻区域(0～10#测点，16#～25#测点，42#～53#测点，56#～61#测点)，说明古交断层局部含水，但由于异常区范围较小，并未出现大范围的连续低阻异常区，加之低阻区域的视电阻率值一般都大于10，小于20，未出现明显的较低阻值，故推测古交断层的富水性较弱。D3探测方向在巷道揭露的断层位置处出现了一处低阻异常，且巷道顶板出现滴水现象，故解释为富水低阻异常，该处异常与高密度结果吻合较好，对断层位置的反映较为准确。除此之外，其他两个探测方向的视电阻率断面图中均未出现低阻异常。

3)无线电波透视结果显示，从切眼到斜切眼这一范围内，工作面内未发现明显的落差大于煤厚的断层、陷落柱等构造，煤层情况较为简单，零星出现的小范围衰减异常，与巷道揭露或工作面内推测的断层构造较为吻合，斜切眼之后的工作面内情况略微复杂一些，从电磁波衰减情况看，巷道内断层已延展于工作面内部，但发育较为简单，伴生小断层的可能性不大。总体而言，断层构造对工作面回采影响较小。

3 采勘对比

截至2012年1月，屯兰矿18207工作面已由切眼向外安全回采约600 m。F23断层及8#煤层底板无涌水，工作面涌水主要为放上部2#煤采空区积水。除无线电坑透中探测到的Q1、Q2断层和PD1、PD2断层外，未发现其它构造。

综上所述，通过综合物探解译的关于8#煤层底板富水性、F23断层两盘富水性、8#煤层底板和F23断层突水危险性以及工作面隐伏构造的探测和分析判断，其结果与实际回采揭露情况吻合较好。

4 结论与建议

实践证明，利用综合物探技术对工作面底板含水层富水性、断层富水特征及隐伏构造的探测效果明显。建议在实际工作中针对不同的探测目标选取合适的物探方法，必要时多种物探方法并行，以求相互验证，提高资料解释的准确率。

［1］ 李金铭.地电场与电法勘探［M］.北京：地质出版社，2005：307－368.

［2］ 赵 晶，葛 坚.综合物探新技术在任楼煤矿防治水工作中应用［J］.能源技术与管理，2011(4)：12－13.

［3］ 刘树才，岳建华，刘志新.煤矿水文物探技术与应用［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2005：58－90.

Discussion on the Application of Comprehensive Physical Exploration Technology to Detecting 18207 Mining Face of Tunlan Coal mine

Wang Fang

By making use of integrated geophysical exploration，such as high density resistivity method，transient electromagnetic method and radio－wave penetration method，this article was to detect 18207 mining face of Tunlan coal mine and predicted the coal floor was more complete within the observation，which had no obvious broken water belt，aquifers of Gujiao Fault(F23)was low and the fault which its fall was more than coal seam thickness was not obviously found within 18207 mining face.

Comprehensive physical exploration technology;High density resistivity method;Transient electromagnetic method;Radio－wave penetration method

［TD12］

A

1672－0652(2012)02－0004－06

2011－12－16

王 芳(1972—)，女，陕西澄城人，1994年毕业于山西矿业学院，工程师，主要从事矿井地质及煤田地质的研究(E －mail)wwff_72@163.com