九龙矿井下物探方法参数临界值研究

高 飞

（1.河北煤炭科学研究院有限公司，河北 邢台 054000；2.河北省矿井物探工程研究中心，河北 邢台 054000）

电性差异为基础的电法勘探是物探工作中的重要方法，广泛应用于煤矿井下物探。具体到煤矿一般根据探测目的、地质条件及现场工作环境选用最佳的探测方法、设备和工作设计进行施工。

九龙矿位于河北省邯郸市西南部，可采煤层下伏主要含水层有野青灰岩含水层、伏青灰岩含水层、大青灰岩含水层、奥陶系灰岩含水层，其中奥灰为最主要含水层，也是工作面回采突水威胁最大的含水层。

1 探测方法

九龙矿根据现场条件及解决问题的需要，常采用瞬变电磁、无线电波坑道透视、电测深、幅频电透视等综合物探技术，对工作面内部构造和工作面底板下一定范围内含水异常体的分布情况进行综合探测。

1.1 瞬变电磁

探测区域在15445N、15449S、15245S、15247S和15252 五个工作面。

15445 N 工作面低阻异常区剖面如图1 所示。

图1 15445N 工作面低阻异常区剖面示意Fig.1 Profile of low resistivity anomaly area in No.15445N face

15445 N 工作面瞬变电磁电阻率对数范围在0.4～2.1，结合钻探资料，圈定一处相对低阻异常区，临界值选定0.75。

15449 S 工作面瞬变电磁电阻率对数等值线断面如图2 所示。

图2 15449S 工作面瞬变电磁电阻率对数等值线断面图Fig.2 Logarithmic contour section of transient electromagnetic resistivity in No.15449S face

15449 S 工作面瞬变电磁电阻率对数范围在-0.45～1.9，结合钻探资料，在探测范围内未圈定相对低阻异常区，在所有测线探测成果图上，沿探测方向60 m 附近存在1 条带相对低阻区，结合以往解析经验和巷道内探测环境条件分析，该条带异常为仪器线框互感、巷道内线状金属物体如金属管路、电缆等的综合影响反应，非含水异常体反映。除此之外，电阻率对数等值线呈规律性分布，探测范围内没有明显大的低阻异常区显示，说明整体上岩层含水性比较弱，不存在明显较大的含水地质异常体。

15245 S 工作面瞬变电磁电阻率对数范围在0～2.5，结合钻探资料圈定一处相对低阻异常区，临界值选定0.75。15245S 工作面瞬变电磁超前电阻率对数等值线断面如图3 所示。

图3 15245S 工作面瞬变电磁超前电阻率对数等值线断面图Fig.3 Logarithmic contour section of transient electromagnetic advanced resistivity in No.15245S face

15247 S 工作面瞬变电磁电阻率对数范围在-0.25～1.8，结合钻探资料，在探测范围内未圈定相对低阻异常区，电阻率对数等值线呈规律性分布，探测范围内没有明显大的低阻异常区显示，说明整体上岩层含水性较弱，不存在明显大的含水地质异常体。15247S 工作面瞬变电磁超前电阻率对数等值线断面如图4 所示。

图4 15247S 工作面瞬变电磁电阻率对数等值线断面图Fig.4 Logarithmic contour section of transient electromagnetic resistivity in No.15247S face

15252 工作面瞬变电磁超前电阻率对数等值线断面如图5 所示。15252 里块工作面瞬变电磁电阻率对数范围在-0.75～2.7，结合钻探资料，在探测范围内未圈定相对低阻异常区，电阻率对数等值线呈规律性分布，探测范围内没有明显大的低阻异常区显示，说明整体上岩层含水性较弱，不存在明显大的含水地质异常体。

图5 15252 工作面瞬变电磁电阻率对数等值线断面图Fig.5 Logarithmic contour section of transient electromagnetic resistivity in No.15252 face

综合以上5 个工作面瞬变电磁工作，得出以下结论。当瞬变电磁电阻率对数整体数值在0 以上时，以0.75 为临界值，低于0.75 的区域为相对低阻异常区；当瞬变电磁电阻率对数存在负值时，以上5 组数据均不存在低阻异常区，故受数据量影响暂时不能找到此种情况下的临界值，但该临界值应低于-0.75；当电阻率对数等值线呈规律性分布时，电阻率将不再是唯一圈定相对低阻异常区的参数，要结合实际结论地质资料详细分析之。

1.2 无线电波坑道透视

探测区域在15445N、15449S 和15252 里块3个工作面。

15445 N 工作面坑透实测场强解析曲线如图6所示。15445N 工作面煤层厚度约1.4 m，工作面宽93～148 m。工作面内共圈定2 处异常区，结合工作面巷道揭露已知地质资料和打钻资料分析，K1为巷道揭露断层F10 反应，落差＞煤厚，K1 范围较大，受断层屏蔽影响，异常区内不能排除存在其它地质构造的的可能性。K2 分析为煤层厚度变化或隐伏地质异常反映，影响规模1/2 煤厚＜H＜煤厚。

图6 15445N 工作面坑透实测场强解析曲线Fig.6 Field strength analytical curve measured by penetration in No.15445N face

工作面宽度145 m 范围内，接收值峰值约为55 dB，接收范围内峰值低于55 dB 时，此范围内应受构造影响，当接收值低于45 dB 时，构造影响15449 S 工作面坑透实测场强解析曲线如图7所示。规模大于1/2 煤厚，下顺槽37 号之后，随着工作面宽度逐渐变窄，接收值逐渐增大，在工作面宽度为90 m 时，接收值达到60 dB 左右。

图7 15449S 工作面坑透实测场强解析曲线图Fig.7 Field strength analytical curve measured by penetration in No.15449S Face

15449 S 工作面煤层厚度约1.2 m，工作面宽90～115 m。工作面内共圈定3 处异常区，结合工作面巷道揭露已知地质资料和打钻资料分析，K1在上下巷0～5 号位置，K2 在上下巷17～25 号位置，其影响范围小于1/2 煤厚,为工作面内隐伏构造；K3 为巷道揭露断层在工作面的延伸，其延伸长度约为130 m，落差H＜1/2 煤厚。

工作面宽度约为90 m 时，接收值峰值可达70 dB，接收范围内峰值低于65 dB 时，此范围内应受构造影响，下顺槽8 号之后，工作面宽度达到120 m 时，接收峰值达到60 左右，接收范围内峰值低于55 dB 时，此范围内应受构造影响，当接收值低于50 dB 时，构造影响规模大于1/2 煤厚。

15252 里块工作面坑透实测场强解析曲线如图8 所示。

图8 15252 里块工作面坑透实测场强解析曲线图Fig.8 Field strength analytical curve measured by penetration in No.15252 inner face

15252 里块工作面煤层厚度约2.5 m，工作面宽40～120 m。工作面内共圈定3 处异常区，结合工作面巷道揭露已知地质资料和打钻资料分析，3处异常均为巷道揭露断层在工作面内的延伸反应。

由于该工作面极不规则且工作面内有断层沿煤层走向几乎贯穿整个工作面，故该组数据对坑透异常区参数临界值参考意义不大。

综合以上3 个工作面坑透工作，得出结论。

坑透接收数据受工作面煤层厚度影响较小，主要受工作面宽度影响；当工作面宽度为120 m，接收实测场强值低于50 dB，则接收范围内存在地质构造异常，且该异常影响幅度大于1/2 煤厚。宽度大于150 m 的工作面不适宜采用坑透探测工作面内地质构造情况。

1.3 电测深

15245S 工作面电测深解析曲线如图9 所示。

图9 15245S 工作面电测深解析曲线Fig.9 Electrical sounding analysis curve in No.15245S face

该探测视电阻率数值整体较高，最低阻值在50 Ω·m 以上，结合以往电测深探测经验，该矿区煤系地层视电阻率50 Ω·m 以上岩层富水性相对较弱，因此，推断探测范围内（底板下80 m） 没有明显低阻异常体存在。

1.4 幅频电透视

15252 里块工作面幅频电透视探测成果如图10所示。图中曲线为电导率等值线，不同色界代表视电导率相对高低，数值越大，视电导率越小，富水性相对也越强。此次幅频探测视电导率值在5～15，经钻探验证探测范围内无低阻异常区。故电导率大于15 才有可能出现相对低阻异常区。

图10 15252 里块工作面幅频电透视探测成果Fig.10 Result of amplitude frequency electrical perspective exploration in No.15252 inner face

2 结 论

（1） 瞬变电磁电阻率对数整体数值在0 以上时，以0.75 为临界值，低于0.75 的区域为相对低阻异常区；电阻率对数存在负值时，5 组数据均不存在低阻异常区，故受数据量影响暂时不能找到此种情况下的临界值，但该临界值应低于-0.75；当电阻率对数等值线呈规律性分布时，电阻率将不再是唯一圈定相对低阻异常区的参数，要结合实际结论地质资料详细分析；范围较小的单点低阻区域不作异常处理。

（2） 无线电波坑道透视，坑透接收数据受工作面煤层厚度影响较小，主要受工作面宽度影响。当工作面宽度为120 m，接收实测场强值低于50 dB，则接收范围内存在地质构造异常，且该异常影响幅度大于1/2 煤厚。工作面宽度每增加5 m，该临界值减1；宽度大于150 m 的工作面不适宜采用坑透探测工作面内地质构造情况；以上在坑透发射频率为0.3 Mkz 时适用。

（3） 电测深矿区煤系地层视电阻率50 Ω·m以上岩层富水性相对较弱。电测深数据量较少，临界值的界定还需后期继续补充工作。

（4） 幅频电透视矿区煤系地层视电导率在5～15 s/m 时岩层富水性相对较弱。幅频数据量较少，临界值的界定还需后期继续补充工作。