某矿5- 108工作面超前富水性瞬变电磁法探测研究

周 奎

(山西焦煤霍州煤电集团吕能临化有限公司庞庞塔煤矿， 山西 吕梁 033200)

1 前言

某矿5- 108工作面位于5#煤一采区左翼，工作面北部为未开采区域，南部与5#煤回风上山巷相邻，西部与东部均为未开采区域。工作面标高1 019～1 079m，该工作面所采煤层为5#煤，煤层厚度为5.8m，其中含一层夹矸，夹矸岩性为炭质泥岩。该工作面顶板为2m的细粒砂岩，细粒砂岩上方为5m的砂质泥岩；底板为2.8m的粉砂岩，粉砂岩下方为砂质泥岩。该工作面在掘进期间共揭露8条断层，最大的落差为3.7m。其中5- 108二巷揭露2条断层，5- 108一巷揭露4条断层，切巷揭露2条断层，以上揭露的断层对回采工作面均有一定影响。在掘进过程中由于工作面接近煤层隐伏露头区，顶板揭露黄泥层，影响较大，在回采期间必须加强对顶板的控制，预计在回采中还将有小断层出现。5-108回采工作面的直接充水水源为顶板的砂岩裂隙水，根据掘进期间揭露的地质情况，局部区域巷道顶板砂岩裂隙相对发育，裂隙含水。由于该工作面为全井田首采面，初采过程中，顶板砂岩含水层水顺采空裂隙涌入工作面内，涌水量可能会增大。因此，对该工作面进行了瞬变电磁法数据采集工作。

2 测点布置及现场施工方法

该工作面为矩形巷道，巷高约5.8m，巷道采用锚网梁联合支护，探测时的5- 108一巷、5- 108二巷局部区域积水，巷道内有皮带、道轨、电机等低阻体对本次探测也有一定干扰，对探测数据有一定影响。

1) 矿井瞬变电磁法装置形式及参数选择

本次矿井瞬变电磁法勘探采用重叠回线装置，采用多匝1.5m×1.5m矩形回线，发射线框10匝，接收线框24匝，叠加次数64次，时间采用标准时间序列[1-2]。

2) 测点布置与勘探工作量

该次探测测点布置于5- 108一巷、5- 108二巷及切巷顺层每20m一个测点，5- 108切巷外侧顶板45°方向布置23个测点，共布置物理测点96个。探测示意图如图1所示。

图1 瞬变电磁法超前探测示意图

(1) 5- 108一巷顺层方向布置物理测点31个，完成数据采集点共31个。

(2) 5- 108二巷顺层方向布置物理测点31个，完成数据采集点共31个。

(3) 5- 108切巷外围方向布置物理测点11个，完成数据采集点共11个。

(4) 5- 108切巷外侧顶板45°方向布置物理测点23个，完成数据采集点共23个。

本次探测完成物理测量点总计96个，数据采集点总计96个。

3 数据分析

图2、图3、图4所示分别为在5- 108二巷、5- 108切巷外侧顺层方向和5- 108切巷外侧顶板45°方向探测得到的超前探测视电阻率等值线。

从图2中的相对视电阻率等值线变化规律可以看出：在沿5- 108二巷顺层探测时，相对视电阻率值总体变化较大，体现异常区较为明显，其中最小10Ω·m，最大45Ω·m，本次探测共探测出两处较为明显的低阻异常区。编号为一号异常区、二号异常区。

(1)一号异常区位于5- 108二巷8#测点处到16#点测点处范围内，该区域呈现一背斜构造，是工作面地势最低的区域，推断该异常区是受顶板砂岩裂隙水影响，该范围内顶板砂岩含水层相对富水性较强。

图2 5- 108二巷顺层(L3线)视电阻率等值线图

图3 5- 108切巷顺层外侧(L2线)视电阻率等值线图

图4 5- 108切巷外侧45°顶板(L4线)视电阻率等值线图

(2)二号异常区位于5- 108二巷18#点前42m到18#点前82m范围内，推断该异常区是受到附近揭露的2.8m断层影响所致，该断层导致异常区域内的煤岩层裂隙较发育，含裂隙水。

根据图3中的相对视电阻率等值线变化规律可以看出：在沿5- 108切巷顺层外侧探测时，相对视电阻率值总体变化较大，体现异常区较为明显，其中最小5Ω·m，最大45Ω·m，本次探测共探测出一处较为明显的低阻异常区。编号为三号异常区。

(3) 三号异常区位于5- 108切巷37#点前121m到37#点前200m范围内，异常范围在一个背斜轴部，且异常范围受煤层露头风氧化影响，推断异常区范围内煤岩层裂隙较发育，相对富水性较强；也不排除受巷道已揭露的H=3.7m断层影响所致。

根据图4中的相对视电阻率等值线变化规律可以看出：在沿5- 108切巷顺层外侧45°顶板探测时，相对视电阻率值总体变化较大，体现异常区较为明显，其中最小5Ω·m，最大65Ω·m，本次探测共探测出三处较为明显的低阻异常区。编号为一号异常区、二号异常区、三号异常区。

(4) 一号异常区位于5- 108切巷外侧45°顶板上，推断该异常区范围内煤岩层破碎裂隙发育，含水，该范围内顶板砂岩含水层相对富水性较强。

(5) 二号异常区位于5- 108切巷外侧45°顶板上，推断该异常区是受到附近揭露的H=3.7m断层影响所致，该断层导致异常区域内的煤岩层裂隙较发育，含裂隙水。

(6) 三号异常区位于5- 108切巷外侧45°顶板上，异常范围在一个背斜轴部，且异常范围受煤层露头风氧化影响，推断异常区范围内煤岩层裂隙较发育，相对富水性较强；也不排除受巷道已揭露的H=3.7m断层影响所致。

4 探测重点注意事项

由于物探资料存在多解性，且影响视电阻率的因素较多，受外界干扰较大，现场低阻干扰物对探测成果有直接影响。因此，探测时重点注意以下方面：

(1) 加强对5- 108二巷、5- 108切巷外侧和5- 108切巷外侧45°顶板6处异常区进行钻探查明。

(2) 重点针对5- 108二巷一号异常区影响范围进行探测，查明异常区范围内顶板砂岩含水层富水情况及断层等构造导水情况。

(3) 初采初放顶板砂岩含水层过程中确保工作面排水管路、水沟等畅通。水仓排水能力达到《煤矿防治水规定》相关要求[3-4]。

5 结论

本文采用瞬变电磁法，对工作面进行探测，探测表明该工作面需要注意工作面内部低阻异常区域，本次探测发现6处低阻异常区域，异常区很可能是受切巷已揭露断层影响所致，异常范围相对富水。同时由于物探资料存在多解性，且影响视电阻率大小的因素较多，提出了探测时重点注意事项。