淮南矿区深部煤层底板水害探查方法应用分析

江 飞，汪 武

（安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 232001）

淮南矿区深部煤层底板水害探查方法应用分析

江 飞，汪 武

（安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 232001）

南地区煤田向深部开采过程中，A组煤层赋存条件好，但受到底板灰岩水害威胁，因此需查明底板岩层的富水特征，以确保矿井生产安全。目前主要采用的地球物理勘探方法有三维并行电法、音频电透视法等。本文通过对该区域应用的物探方法技术特点进行综述，进一步分析其应用条件及效果。

底板水害；三维并行电法；音频电透视

1 引言

矿井水害一直是影响煤矿安全开采的主要是因素之一，深部煤层开采最大威胁就是来自煤层底板的灰岩水，我国约有半数以上的煤矿不同程度地受到灰岩水的影响，受灾面积和严重程度均居世界主要产煤国家的首位。淮南矿区A组煤层储量丰富，赋存稳定，煤质好［1］。由于煤层开采的地质、水文条件复杂，断层构造多，水平向地应力大，深部岩层裂隙发育，因此，开采前期需要采用单一或综合的物探方法，探查深部煤层底板的岩层富水性及其分布特征，对安全合理的开采煤炭资源，具有重要的理论和实践意义。

2 淮南深部煤层开采条件及探查

（1）A组煤层开采条件。淮南煤田为一轴向北西西的复向斜构造，煤田南、北边缘有低角度走向逆断层发育，一般开采条件尚可，但太原组灰岩喀斯特水比较复杂，需要经过严格的探测水工作探明底板水赋存情况。（2）采取的物探方法。目前，该区最常用的底板水害探查方法主要有矿井直流电法以及音频电透视法等，通过对于水文地质条件简单区域采用单一物探方法，对于复杂区域多采用两种以上的探水方法综合分析，进一步提高判断精度。

3 方法应用及分析

每种物探手段有其自身优势和特点，地质条件和操作环境较好的情况下，基本能顺利得到满意的探测成果，但大多数情况下，特别是在煤层深部开采的条件下，由于地质条件复杂和操作空间有限等限制，单一的物探手段已无法独自完成探测工作或得到准确的探测效果，因此，通常需要其他物探手段的辅助，综合分析，提高对底板岩层富水特征判断的探测精度。

3.1 三维并行电法的应用

对于巷道间透视三维电法探查系统，主要由包括数据采集主机、电极阵列和电缆系统组成［2］。该系统主要解决的是在有限的矿井空间范围内，进行巷间底板透视的三维电法勘探，从而得到更加准确全面的三维地电信息，实现对工作面底板岩层富水性的全面勘查［3］。三维并行电法自提出以来，相关学者进行了大量的模拟和现场试验，并在矿井水文地质异常探查工作上取得良好效果［4］，目前，已经投入生产使用，且技术日趋完善。其具体的探测实例表明，某工作面水文地质条件复杂，断层发育，底板40m以下为灰岩，底板水害威胁严重，随时会发生突水事故，后使用三维并行电法探测底板富水性以指导钻孔探放水以及注浆加固，确保安全开采。现场采用三维电法测试，共布置测线6站，每一测站长度为315m，电极距为5m，电极数64个，数据采集采用AM法，结果用surfer软件进行成像处理，得到立体电阻率成果图（如图1）。探测结果显示，该范围存在5个较强的相对低阻区，结合巷道揭露岩性及巷道积水情况，得出1、2深度延伸较大，与灰岩水相连，水害威胁最大，3号区主要为砂岩含水区段。经钻孔放水严重，灰岩地层普遍含水，仅少数孔无水出，后通过注浆加固，将突水系数降到安全值以下。该探测成果表明，三维并行电法作为一种新型探测技术，探测效果好，可靠性强，有效的指导了矿井防治水工作开展。

3.2 音频电透视法的应用

音频电透视法是在直流电阻率法基础上发展的一种探测井下岩体富水性的物探方法，兼具电法和频率测深的特点［5］，该方法利用工作面底板内部含水构造进行超前探测，确定含水体的位置，为钻探泄放水提供方向和目标，其最大穿透深度约320m。音频电透视在淮南矿区A组煤底板探水应用中效果良好，多个矿区现场实测表明该技术使用性强，推广空间大。其探测实例表明，在淮南潘二矿底板探测水施工中，设定发射点单间距50m，接收极单点距为10m，单阶段探测长度为300m，分阶段测量，探测结果如图2所示。

从成果图可看出，底板上层段内，岩层视电阻率为1-2.4Ω·m，均值4.6Ω·m，有2个视电阻率值大于6Ω·m异常区。第一个异常区主要发育在中砂岩为主的岩层内，连续性好且异常幅度大，表明该范围富水相对较强；第二异常区连续性差，幅度小，富水性较弱。而在之后的探测区打钻放水验证与探测结果基本吻合，说明音频电透视法探测效果理想。

3.3 应用分析

通过对淮南矿区底板水害探查的两种物探方法应用实例表明，它们在淮南矿区底板灰岩水害探查工作中取得了一定的效果，基本能准确的探测出底板灰岩水富水性，为矿井防治水工作指出了明确的目标和方向。但是在探测过程中仍有些问题需要改进：

（1）电磁法物探手段发展成为了重要的矿井底板水害探查技术之一，但其精度仍然有待提高，误判或错判事故仍然存在，影响了煤层正常开采。（2）在淮南深部煤层开采技术条件下，矿井物探需要针对煤矿底板灰岩水防治，进行专门的灾害地球物理场研究，开发新的技术系统，提高对岩层富水性定量评价与判断指标。

4 结论

（1）淮南矿区深部煤层开采地质条件复杂，单一的物探手段存在多解性，实际工作中往往 需要两种或多种综合物探技术的联合勘探，对不同评价参数的综合分析，进一步得出更为准确的探测成果。

（2）水害探查精度问题一直是个大问题，通过提升不同物探方法的判断能力，发挥不同物探方法的合力，通过区域探查研究，进一步摸索适应本区岩层富水的电性判别标准参数，仍然是目前需要解决的问题。

［1］黄晖，付茂如，韩必武.淮南矿区潘北矿A组煤层首采工作面开采地质条件探查分析［J］.中国煤炭地质，2014，26（05）：53-57.

［2］张成乾，杨伐，谭磊.双巷三维并行电法数值及物理模型试验研究［J］.中国煤炭地质，2014，6（09）：60-62.

［3］付茂如，韩东亚，张平松.矿井工作面底板水害探查方法对比试验［J］.物探与化探，2013，12（06）：1067-1070.

［3］刘盛东，吴荣新，张平松.三维并行电法勘探技术与矿井水害探查［J］.煤炭学报，2009，34（07）：927-932.

［4］吴荣新，刘盛东，张平松.双巷并行电法探测煤层工作面底板富水区［J］.煤炭学报，2010，35（03）：454-457.

［5］刘瑞新.音频电透视技术在煤矿水文探测中的应用［J］.煤矿现代化，2012，110（05）：58-60

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.184

江飞（1992-），男，安徽六安人，硕士研究生，主要研究方向为工程与环境物探。