新景矿80111 工作面底板含水层富水性探测分析与研究

张维滨

（山西新景矿煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000）

1 概 况

山西新景煤业有限公司80111 工作面井下位于丈八一区南翼东部，工作面北部为80110 工作面采空区，东南部为张家岩风井，东部为80109 工作面掘进工作面，西部为80113 工作面采空区，工作面走向长度为1 100 m，倾向长度为220 m，开采15号煤层，煤层厚度为5.53～7.77 m，平均厚度为6.45 m，煤层直接顶岩层为砂质泥岩，平均厚度为4.22 m，基本顶为石灰岩，平均厚度为11.79 m，直接底岩层为砂岩泥岩，平均厚度为4.22 m。

工作面顶板上方K2、K3、K4 石灰岩和砂岩层均为弱含水层，对工作面影响较小。根据矿井地质资料可知，工作面区域奥灰水水位标高为390—400 m，工作面煤层底板最低处为380 m，故局部属于带压区域，煤层底板与奥灰含水层间的平均层间距为50m，具体工作面顶底板含水层与隔水层的位置关系如图1 所示。工作面回采期间受到奥灰水的威胁，为保障工作面的安全回采，进行工作面底板含水层富水性探测分析。

图1 工作面顶板、底板含水层示意图Fig.1 Aquifer of working face roof and floor

2 底板含水层富水性探测方案

根据80111 工作面的地质条件可知，工作面区域地层的沉积序列较为清晰，地层在横向上相对比较均一，该种地质条件为采用电法探测技术的研究提供了良好的物理前提。综合目前国内外的探测技术，确定此次工作面底板奥灰含水层富水性探测采用音频电穿法和直流电法。

（1） 音频电穿透法。从80111 工作面进风巷、回风巷和工作面开切眼位置处为起点，以10 m 为点距进行编号标点，进风和回风巷道内各设置51个坐标点，在工作面开切眼内设置23 个坐标点，共计布置1 256 个坐标点；测网密度设置为接收点距和发射电距分别为10 m 和50 m，每个发射电对应15～26 个接收点，探测方案中共计布置22 个发射点，其中进风巷和回风巷分别布置11 个；施工时采用5 Hz 和10 Hz 双频点进行测量。

（2） 矿井直流电法。在80111 工作面进风巷和回风巷靠近工作面开切眼500 m 的巷道内进行探测作业，探测的总长度为1 000 m，探测深度为底板下方100 m，测点之间的间距为20 m。

具体80111 工作面底板奥灰含水层富水性探测工作量见表1。

表1 80111 工作面底板富水性探测Table 1 Water enrichment detection of bottom plate of 80111 working face

工作面底板含水层富水性探测方案中音频穿透实际检查点有30 个，共计布置物理测量点280 个；采用矿井直流电法进行实际检查点有80 个，共计设置物理测量点780 个。为分析检测点设置的合理性，评价分析时采用的公式如下：

式中：n为检测点的个数；ρi为第i 个点的原测值；ρ'i为第i 个点的检测值。矿井直流电法和音频电穿透法的相关数据代入到式（1），计算得出平均均方差分别为±4.7%和±4.2%，小于规定要求的±5%，表明探测布置方案合理。

3 探测结果分析与富水性划定

3.1 探测结果分析

3.1.1 音频电穿透法分析

音频电穿透法主要以电导率进行富水性的分析，根据80111 工作面底板不同深度处岩层的赋存特征，综合判定底板70 m 和100 m 深度处异常阀值分别为3.0 S/m 和3.1 S/m，成果如图2 所示。

图2 底板70 m和100 m音频电穿透成果Fig.2 Achievements of 70 m and 100 m audio frequency electric penetration of bottom plate

分析图2（a） 可知，底板70 m 处在奥灰顶界面处发育着2 处视电阻率低阻异常区域，其中1号低阻异常区域位于进风巷切眼北170～500 m—回风巷切眼北430～480 m，该异常区域条带性一般，发育范围及异常幅度均较小；2 号低阻异常区域主要位于工作面进风巷切眼北90～170 m—回风巷切眼北100～300 m 附近，该异常区域条带性较强，发育范围较大，且异常幅度中等。

分析图2（b） 可知，奥灰顶界面下100 m 附近存在3 处低阻异常区域，其中1 号低阻异常区位于进风巷切眼北470～500 m—回风巷的切眼北430～470 m，该异常区域条带性一般且发育范围较小，异常幅度属于中等；2 号低阻异常区域主要为工作面进风巷切眼北100～250 m—回风巷切眼北90～310 m，该异常区域条带形较强，发育范围和异常幅度相对较大；3 号低阻异常区域主要位于工作面切眼中部50～130 m 处，该异常区域条带性一般，发育范围和异常幅度均较小。

综合上述分析可知，其中1 号异常区域在两侧层位的异常范围及强度变化情况不大，且异常区域范围较小；2 号异常区域向底板深部发育范围逐渐变大，异常强度也逐渐变大，表明异常区域连通性局部较好，且向下的破坏带范围逐渐增大；3 号低阻异常区域仅在底板100 m 深度，在底板70 m 深度未体现。

3.1.2 矿井直流电法分析

矿井直流电法主要通过绘制视电阻率异常断面图进行垂直方向上的异常区域解释，工作面底板直流电法视电阻率等值线和低阻异常断面如图3 所示。

图3 矿井直流电探测结果Fig.3 Mine direct current detection results

分析图3 可知，工作面进风巷区域发育着3 处视电阻低阻异常区域，其中1 号异常区域主要位于工作面切眼北470～500 m；2 号异常区域主要发育在切眼北350～430 m 和200～300 m；3 号异常区域主要位于工作面切眼北0～20 m 处。

通过分析异常断面图能够看出，1 号异常区主要位于向斜北翼，该异常区域的发育范围较小，异常区域强度较弱，推断该异常区域主要受到向斜构造的影响导致裂隙较为发育；2 号异常区域位于向斜轴附近，该异常区域发育范围较大，异常强度较强，且异常区域的中心位于深部奥灰岩段，异常区域存在着向上延伸的趋势，推测该异常区域是受到向斜构造的影响导致裂隙较为发育；3 号异常区域主要位于切眼附近，该异常区域发育范围小、异常强度弱，异常中心位于深部奥灰层段，该段异常的主要原因同样为向斜构造影响。

为准确判定工作面底板含水层的富水性，针对异常区域进行横向切片，分析异常区域在30、60、100 m 深度处的低阻异常，如图4 所示。

图4 异常区域底板不同深度平面图Fig.4 Different depth planes of floor in abnormal area

分析图4 并结合矿井15 号煤层采掘工程平面图，此次探测作业2 号低阻异常区域为探测的主要异常区域，主要受向斜构造影响，由于煤层底板下砂泥岩层的隔水层相对较为破碎，在向斜轴部附近深部奥灰岩存在着较为明显的低阻异常，推测该低阻异常主要是受到向斜构造的影响导致。另外1 号低阻异常区域位于奥灰顶界面附近，3 号低阻异常区域位于奥灰顶界面以下。

3.2 富水性划定

音频电穿透法和矿井直流电法得出的1 号、2号和3 号异常区域的平面位置基本吻合，结合矿井地质资料得出底板含水层富水性综合探测成果，如图5 所示。

图5 工作面底板含水层富水综合成果Fig.5 Comprehensive results of water abundance in floor aquifer of working face

4 结 语

根据新景矿80111 工作面的地质水文条件，基于工作面与底板奥灰含水层间岩性赋存特征，采用音频电穿透法和矿井直流电法进行底板富水性探测分析，分析探测结果得出底板含水层主要存在3 处富水区域，其中1 号异常区域发育范围小、异常强度较弱，2 号异常区域的发育范围相对较大、异常强度较强，3 号异常区域在奥灰顶界面以下发育范围较小，奥灰顶界面附近发育范围较大，并给出富水区域位置及发育特征，为工作面的安全回采提供指导。