煤矿老空工作面和相邻工作面物探资料对比分析研究

郭绍华，张 东

（1.中煤第三建设（集团）有限责任公司，安徽 宿州 234000；2.河北煤炭科学研究院有限公司，河北 邢台 054000；3.矿井水害探测与防控国家矿山安全监察局重点实验室，河北 邢台 054000；4.矿井物探河北省工程研究中心，河北 邢台 054000）

0 引言

老空区是煤矿工作面开采过后留下的空间。采掘过后老空区内会随时间积累地下水，称为老空水。而工作面回采造成附近岩层应力场发生变化并重新分布，影响时期在回采结束后仍将长期存在，这就对邻近工作面的安全回采产生影响。邻近煤层回采后，采空区的上覆岩层将垮落并下沉，形成裂隙发育区域。采空区底板岩层，会逐渐隆起形成一个连续的滑移面，对邻近岩层的底板造成破坏。

综合物探方法是指采用包括瞬变电磁、幅频电透视、电法测深、无线电波坑道透视等技术相结合的施工及解释方法。根据煤岩层可能存在的各种含水和地质构造隐患分布情况，无盲区全方位覆盖的对工作面外围及斜上方、斜下方进行探测、控制。综合物探方法已经成功的运用在全国各个地区矿井物探中，并取得了非常好的效果，为煤矿安全回采提供了保障。

本文对比分析了西庞矿9118 工作面和9302 工作面的综合物探成果，比较其中差异和共同点，分析老空区的存在对邻近工作面物探结果影响。

1 工程概况

西庞矿9302 和9118 工作面处于扩延区三采区南翼，煤层呈单斜构造（图1）。92 煤厚度为2.05～2.48 m，平均为2.23 m，92 煤与93 煤夹矸为炭质泥岩，厚度在0.46 m 左右，93 煤厚度为2.55～3.12 m，平均为2.95 m，含1 层厚度为0.05 m 左右的泥岩夹矸。工作面煤层倾向变化较大，倾向NEE～SEE，煤层倾角变化不大，为7°～16°。

图1 9118、9302 工作面工程平面图Fig.1 Engineering plane of No.9118,9302 Face

大青灰岩位于9 号煤顶板上平均17.7 m，厚度4.4 m，是工作面顶板淋水的主要水源。大青灰岩层位稳定，但含水性不均一，易疏放，为局富水性强的溶洞裂隙承压含水层，工作面掘进过程中对工作面影响不大。本溪灰岩厚度在1.40～4.75 m，该含水层在9 号煤底板下18 m 左右，本溪灰岩亦属承压水，本溪灰岩向矿井充水的方式主要是通过9 号煤采后所产生的底板破坏裂隙上升到煤层。

9 号煤底板距奥陶系含水层39.69 m，奥陶系含水层是威胁9 号煤开采的主要含水层，具有出水水量大，难于治理的特点。9 号煤层底板下伏奥陶系灰岩含水层，其厚度大，富水性强，是上覆煤层开采最危险的底板突水水源，奥灰突水一般具有发生突然、来势迅猛、涌水量大、持续时间长等特点。因此，奥灰水是影响9 号煤开采安全的主要水害因素。

2 物探资料对比

2.1 无线电波坑道透视

坑透的工作目的是探明9118 和9302 工作面内部是否存在影响工作面安全回采的地质异常体。沿其上下巷分别布置发射点接收点，每个发射点在对巷接收15 个点，接收点间距10 m，探测成果图如图2、图3 所示。

图2 9118 工作面无线电波坑道透视实测场强曲线图Fig.2 The measured field strength curve of radio wave tunnel perspective in No.9118 Face

图3 9302 工作面无线电波坑道透视实测场强曲线图Fig.3 Measured field strength curve of radio wave tunnel perspective in No.9302 Face

结合现场实测场强对比分析，邻近采空区对现有工作面的坑透成果一般不会产生延伸影响。但对比分析可知，采空区工作面如果存在煤层变薄带、断层、跨巷道陷落柱等地质构造时，可推断其对现有工作面的影响，结合物探成果着重分析其范围。

2.2 电测深

探测区域为9118 和9302 工作面上下两巷，测点间距为20 m，物理测深为80 m，测量极距步长5 m，探测成果如图4、图5 所示。图中横坐标为巷道相对位置，纵坐标为探测深度。图中曲线为电阻率对数指标等值线，不同色界代表视电阻率相对高低，数值越小，视电阻率越小（图中深色区域），含水性相对也越强。

图4 9118 工作面电测深解析图Fig.4 Analysis diagram of electric depth-measurement in No.9118 Face

图5 9302 工作面电测深解析图Fig.5 Analysis diagram of electric depth-measurement in No.9302 Face

在9118 工作面的电测深成果中，共圈定了7处（C1～C7）电测深异常区，富水区集中在本灰及奥灰层位，具体每个异常的位置及分析如下。

C1 位于上巷320～410 m，底板下15～50 m，分析为本灰及奥灰局部破碎含水反应。C2 位于上巷470～550 m，底板下20 m 以深，分析为本灰及奥灰局部破碎含水反应。C3 位于上巷620～780 m，底板下20 m 以深，分析为本灰及奥灰局部破碎含水反应。C4 位于上巷930～1 050 m，底板下15～70 m，分析为本灰及奥灰局部破碎含水反应。C5 位于下巷560～680 m，底板下10～50 m，分析为本灰及奥灰局部破碎含水反应。C6位于下巷780～900 m，底板下15～50 m，分析为本灰及奥灰局部破碎含水反应。C7 位于下巷940～1 060 m，底板下30 m 以深，分析为奥灰局部破碎含水反应。

在9302 工作面的电测深成果中，共圈定了2处（C1、C2）电测深异常区，富水区集中在本灰及奥灰层位。具体每个异常的位置及分析如下。

C1 位于轨道巷110～180 m，底板下40～70 m，分析为底板下岩层破碎含水反应。C2 位于轨道巷440～500 m，底板下55～70 m，分析为底板下岩层破碎含水反应。

9118 下巷和9302 上巷之间仅有5 m 厚度的煤柱间隔，从电测深技术原理角度和空间位置上考虑，其探测成果应具有相似性。经过对比分析，9302 上巷较9118 下巷电测深电阻率对数值明显偏高，9302 下巷的电阻率对数值较9118 上下巷的成果均较高，本灰及奥灰层位的电阻率对数值在9302 工作面电测深成果中比9118 工作面高。

2.3 幅频电透视

探测范围为9118 和9302 整个工作面，沿上下巷分别布置发射点和接收点，发射点间距为60 m，接收点间距10 m，每个接收点接收15 个点。幅频探测范围为工作面底板下方1/2 采宽范围内岩层含水情况。具体如图6、图7 所示，图中曲线为电导率等值线，不同色界代表视电阻率相对高低，数值越大，视电阻率越小（图中深色区域），富水性相对也越强。

图6 9118 工作面幅频电透成果Fig.6 Amplitude frequency electrical perspective results of No.9118 Face

图7 9302 工作面幅频电透成果Fig.7 Amplitude frequency electrical perspective results of No.9302 Face

9118 工作面幅频电透视工作共圈定3 处低阻异常区（F1～F3），具体每个异常的位置及分析如下。9302 工作面的幅频电透视未圈定明显的相对低阻区域。

F1 位于工作面上巷430～460 m 与下巷460～500 m 连线区域，该异常贯穿工作面。F2 位于工作面上巷740～780 m 与下巷720～810 m 连线区域，该异常范围较大且贯穿工作面。F3 位于工作面上巷940～960 m 与下巷940～960 m 连线区域，该异常贯穿工作面。

9118 和9302 工作面的宽度相似，依据幅频技术原理，其探测解释的深度范围基本一致。从结果分析，9302 工作面较9118 工作面的电导率值较低，视电阻率值较高，富水性整体较差。

2.4 瞬变电磁

探测范围为9118 和9302 整个工作面，测点间距均为10 m，发射频率均为25 Hz。瞬变电磁仪的发射框尺寸1 m×1 m，接收线框为1D 线框。积分时间15 s，数据采集采用30 门，具体的探测角度如图8、图9 所示。

图8 9118 工作面瞬变电磁探测角度设计示意Fig.8 Design of transient electromagnetic detection angle of No.9118 Face

图9 9302 工作面瞬变电磁探测角度设计示意Fig.9 Design of transient electromagnetic detection angle of No.9302 Face

经室内TEMINT 专用解析软件对原始数据的分析处理，绘制每个角度的电阻率对数等值线断面图，并在此基础上绘制9118 和9302 工作面本灰和奥灰层界面剖面图（图10～图13），不同色界代表视电阻率相对高低，数值越小，视电阻率越低，富水性相对越强。

图10 9118 工作面瞬变电磁本灰层位切片图Fig.10 Transient electromagnetic slice diagram of Benxi limestone layer of No.9118 Face

由图10～图11 可知，9118 工作面瞬变电磁圈定2 处相对低阻异常区（S1、S2），具体位置及解析如下。

图11 9118 工作面瞬变电磁奥灰层位切片图Fig.11 Transient electromagnetic slice diagram of Ordovician limestone layer of No.9118 Face

S1 平面位置位于下巷550～690 m，向工作面内延伸30 m，向工作面外延伸40 m，分析为本灰及奥灰局部破碎含水反应。S2 平面位置位于工作面820～1 030 m，工作面及下巷向工作面外延伸20 m，分析为本灰及奥灰局部破碎含水反应。

由图12～图13 可知，9302 工作面瞬变电磁圈定4 处相对低阻异常区（S1～S3），具体位置及解析如下。

图12 9302 工作面瞬变电磁本灰层位切片图Fig.12 Transient electromagnetic slice diagram of Benxi limestone layer of No.9302 Face

图13 9302 工作面瞬变电磁奥灰层位切片图Fig.13 Transient electromagnetic slice diagram of Ordovician limestone layer of No.9302 Face

S1 平面位置位于工作面轨道巷135～210 m，向外帮延伸40 m，深度在工作面底板奥灰层位，分析为岩层破碎含水反应。S2 平面位置位于工作面轨道巷360～480 m，向外帮延伸35 m，深度在工作面底板奥灰层位，分析为岩层破碎含水反应。S3 平面位置位于工作面皮带巷1 130～1 170 m，里帮延伸30 m，外帮延伸35 m，深度在工作面底板奥灰层位，分析为岩层破碎含水反应。

经过对比分析本灰和奥灰层位的切片图，9302工作面瞬变电磁在同层位的电阻率对数值较高。在9302 和9118 工作面瞬变探测的重叠区域，在同层位明显可见电阻率对数值的区别，代表含水性的变化明显。

3 结语

经过物探资料对比，尤其是同层位、同位置的区域，明显的可以发现9302 工作面物探结果的视电阻率值均较9118 工作面较高。依据该结论，查询相关矿方相关地质资料，矿方对该区域奥灰和本灰层位进行过区域注浆治理。以上对比结果不仅辅证了矿方区域治理的效果，同时也说明工作面存在邻近老空区时向老空区施工探测的必要性。