高密度三维电法在矿井断层构造含（导）水性探测中的应用

毛庆福，高学亮，刘 震

（山东济矿鲁能煤电股份有限公司阳城煤矿，山东 汶上 272502）

1 概况

阳城煤矿3305工作面位于三采区深部，设计开采3煤层，工作面煤层赋存标高-870m至-1050m，倾角25°～35°,平均29°，煤层平均厚度7.2m，煤层底板距三灰含水层间距54m，距奥灰含水层间距约210m；该工作面皮顺联络巷掘进期间邻近且穿过DF53断层（落差35m，倾角30°，走向62°），断层的含（导）水性不明，3305工作面掘进及回采期间受底板三灰及奥灰承压水及DF53断层水害威胁。

为保障矿井生产接续及职工生命财产安全，故利用该项技术超前探测查明3305工作面底板含水层富水性及DF53断层构造的含（导）水性，从而有针对性的制定并落实有效防治水措施，确保工作面采掘安全。

2 勘探范围

阳城煤矿3305工作面为一长760m、宽210m的近矩形区域，面积约159600m2，设计工作面底板最大探测深度为底板下240m。如图1所示。

3 技术原理

井下高密度三维电法是利用直流电法测定工作面煤岩层电阻率，根据岩层与岩层之间、岩层与煤层之间的电阻率差异，结合岩石和煤层与矿物成分、岩性、层理、含水性、孔隙度和孔隙结构等相互关系，解释分析勘探区域岩层及断层构造的含（导）水性。

勘探时通过工作面轨顺布设一对接地电极把电流供入煤岩体，皮带顺槽布设另一对接地电极接收电流用于观测，计算岩石电阻率所必需的电位或电位差信息，供电及测量电极一般布置在两顺槽的顶底板或采帮上，全方位观测工作面内稳恒电流场的分布、变化规律。

3305工作面底板的三灰及奥灰地层为沉积岩地层，岩性为砂岩与泥岩互层，且成层性较好，能够较好的通过电阻率与地层岩性的对应关系，反应出面内存在的高低阻异常区，如果所探测工作面底板及DF53断层含（导）水，则其导电性将增强，电阻率则降低。

4 施工方法

4.1 施工采集参数

利用WJDJ-3型高密度电阻率系统在3305工作面进行数据的勘探和采集，分别在3305轨顺及皮顺采帮侧布设电极装置，其施工采集参数如下：

布设道数：64道

勘测层数：32

勘测方式：依次滚动

每道间距：间隔10m

工作方法：轨顺和皮顺分别布设发射电极和接收电极

供电电压：电压值180V

4.2 测点布置及工程量

在3305工作面轨道顺槽和皮带顺槽采帮侧进行探测数据采集工作，分别以10m间距布设电极，共布设电极146个，总长度1460m，保证每个电极采集数据30个，本次探测共采集数据4380个，设备布置用时80min，采集数据用时130min，共用时210min。除个别数据可能受工作面内杂散电流影响外出现异常，其它探测数据均有效可用。

5 勘探成果分析

根据高密度三维电法在3305工作面探测的数据，利用Slicer Dicer三维可视化系统进行模拟分析，采用纵向及横向切片技术精确圈定了低阻异常范围，并结合3305顺槽掘进期间实际揭露的地质及水文地质资料，解释出了底板三灰和奥灰含水层的富水性和DF53断层构造带的含（导）水性。

5.1 3305面底板地层富水性分析

工作面底板下距三灰约54m，三灰厚度约5m，三维图为工作面底板下58m的电阻率顺层切片，根据顺层切片低阻异常区的分布，解释出了3305工作面底板三灰含水层富水性极弱，且分布不均；工作面底板下距奥灰约210m，本次探测最大深度280m,进入奥灰内部70m，通过综合分析电阻率顺层切片低阻异常区的分布，解释出了3305工作面底板奥灰含水区域局部富水，但岩溶裂隙不发育，含水性不均一的特点。如图2所示：

图2 3305工作面底板地层电阻率三维数据体

5.2 DF53断层含（导）水性分析

分析3305工作面底板地层电阻率三维数据体及其全部顺层、垂层切片，在DF53断层带大部位置（距切眼260m以外）存在明显低阻异常，该低阻异常在包括三灰、奥灰等地层均有明显显示，在垂层切片上下贯通，说明DF53断层在距切眼260m以外位置含水，具有导通三灰、奥灰水的可能性，该现象在数据体低阻异常分布图反映直观、明显。如图3所示：

图3 3305工作面DF53断层电阻率三维数据体低阻异常分布

6 结论建议

1）根据探测成果分析，3305工作面底板三灰及奥灰含水层局部富水，但岩溶裂隙不发育，富水性不均一，且径流不畅，在不受断层及采动影响的情况下，一般不会对工作面采掘造成影响。

2）根据探测成果分析，阳城煤矿DF53断层在距切眼260m以外位置含水，具有导通三灰、奥灰水的可能性。

3）阳城煤矿3305工作面内FD228及FD49断层，在受采动影响后，存在导通DF53断层带水的可能性。

建议针对本次高密度三维电法勘探出的含水异常区域，严格按照《煤矿防治水细则》要求开展钻探验证工作，要求3煤底板探查孔终孔位置穿透三灰含水层底板，DF53断层探查孔终孔位置穿过断层带富水异常区。