综合物探技术在矿井工作面底板岩层含水性探测中的应用

张长明 刘 英 刘耀宁

（1.阳泉煤业（集团）有限责任公司五矿，山西省阳泉市，045000；2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江省苏徐州市，221116；3.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏省徐州市，221008）

综合物探技术在矿井工作面底板岩层含水性探测中的应用

张长明1刘 英2，3刘耀宁2，3

（1.阳泉煤业（集团）有限责任公司五矿，山西省阳泉市，045000；2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江省苏徐州市，221116；3.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏省徐州市，221008）

介绍了将瞬变电磁技术和矿井音频电透视技术结合使用探查某工作面煤层底板岩层的赋水情况。结果表明，两种方法结合使用，可以充分发挥两种方法的技术优势，提高物探手段勘察的精度，利用综合物探技术比单纯利用一种物探方法的勘探精度得到了提高。

综合物探 矿井防治水 瞬变电磁技术 音频电透视技术

矿井瞬变电磁技术以及矿井音频电透视技术均为目前应用较为广泛的物探技术之一。瞬变电磁法对低阻体反应灵敏，然而在巷道内抗干扰能力相对较弱，音频电透视技术的抗干扰能力相对较强。本文将以阳煤集团五矿8403工作面综合物探结果为例，分析综合物探技术在矿井防治水工作中的优势。

1 地质概况

阳煤集团五矿8403工作面开采15＃煤层，工作面走向长度979～963m，平均971m。采长220m，煤层厚度7.4～10.85m，煤层倾角2～15°。工作面煤层结构复杂，含矸2层，根据钻孔及巷道揭露，煤层有厚度大于1.0m的夹矸存在，岩性为泥岩。煤层直接底为灰黑色砂质泥岩，厚度0.5～2.7m，上部含大量植物碎片化石和少量黄铁矿，中部夹粉砂条带。老底为灰色细砂岩，性脆，局部夹薄层泥岩，厚度4.45m。

统计分析五矿电测井资料可知，灰岩、粉砂岩、细砂岩与中砂岩间存在一定的电性差异，砂岩与煤层、泥岩间的电性差异明显。不同岩性地层电阻率大小关系大致为：泥岩＜泥质粉砂岩＜细砂岩＜粗砂岩＜煤层＜灰岩。煤系地层的富水性对其导电性影响最为关键。当岩石裂隙发育且不含水时，电阻率将明显增大，而岩石裂隙发育且含水时，电阻率将明显减小。综上所述，煤层底板岩层构造裂隙发育且含水时与不含水岩层电性差异明显，因此，8403工作面具备采用矿井瞬变电磁法勘探煤层底板富水异常区的条件。

2 综合物探技术的应用

2.1 矿井瞬变电磁技术应用

由电磁波发射理论可知，依据多匝小线框发射电磁场的方向性，可认为线框平面法线方向即为瞬变探测方向。矿井瞬变电磁探测测点布置在工作面进风巷和回风巷内，测点点距为10m，每个测点分别以两个探测方向向煤层底板进行探测，即先以发射天线平面与底板平面呈30°角进行探测，以此反映工作面底板深部的地质信息，然后再以60°角进行探测，以此反映工作面底板浅部的地质信息，如图1所示，这样即可探测工作面底板一定深度范围内的地质异常及其富（含）水情况。

图1 瞬变电磁法探测方向及范围示意图

2.2 矿井音频电透视技术应用

音频电透视技术井下应用采用单极（供电）—偶极（接收）装置工作，施工布置示意图见图2，即一个供电极（A极）位于工作面一侧巷道内某处，另一个供电极（B极）为无穷远，测量电极对（M、N极）位于工作面另一巷道内，在与供电极（A极）正对位置两侧一定范围内（该范围的大小与工作面宽度有关）多点接收，M、N极一般布于巷道两侧的煤壁，为保证测量的可靠性，M、N极必须与煤壁接触良好。供电极一次可以布设多个（供电极系），其间距可依探测目标的规模和探测精度要求而定。在同一点接收时，相邻多个供电极依次供电，既能保证一定的观测覆盖率也可提高工作效率。

图2 矿井音频电透视施工布置示意图

2.3 探测成果

图3 矿井瞬变电磁探测结果示意图

矿井瞬变电磁法视电阻率等值线断面图见图3，横坐标为测点坐标，纵坐标为沿探测方向上深度坐标。结合地质和水文地质资料，确定探测区域内横向、水平深度和垂向深度上岩层电性变化情况。在进行资料解释时，异常的划分标准主要根据视电阻率等值线断面图上电阻率值的相对大小与分布范围、煤层底板岩层富水体的赋存特点以及本矿以往瞬变电磁法探测经验确定。根据进风巷、回风巷两个方向上的探测结果，综合以上分析可知，在工作面底板存在5个水文异常区域，即：A＃、B＃、C＃、D＃和E＃。

矿井音频电透视成果图件是以探测层段岩层视电导率为参数进行分析、解释的。在地层垂向结构相同、横向相对均一的情况下，视电导率值越高说明地层的含水性越强。

为了更加的符合实际情况，以及便于对比分析两种方法的探测效果，本次处理结果将视电导率数据转换为视电阻率值，处理结果如图4。根据视电阻率分布情况，划定A＃、B＃2处低阻异常区域，如图中虚线圈定位置。

图4 矿井音频电透视探测结果示意图

3 综合物探结果及分析

对比分析两种方法的探测结果，可以明显看到，有两处区域基本重合，结合矿井音频电透视的解释结果，对瞬变电磁解释成果图进行修正之后，最终保留A＃、C＃、D＃3处异常区域，见图5，其中，A＃、D＃2处异常区域与矿井音频电透视的探测结果基本重合。

在瞬变电磁探测结果中，C＃异常区域分布范围较大，视电阻率值相对较低，而在矿井音频电透视探测结果中没有反应，根据多年来瞬变电磁法资料解释的经验以及矿井水文地质的特殊分布条件，推测该处也为低阻异常区，建议与钻孔结合进行判断。

在瞬变电磁探测结果中，B、E两处也是低阻异常区域，见图3，而在音频电透视结果图中反应均不明显，结合井下记录，在B、E异常位置巷道内均有铁料堆积，判断这两处异常并非工作面底板电性条件的真实反应，而是受巷道内堆积的铁料影响。

在打钻孔验证时，为了安全起见，并考虑到瞬变电磁B＃异常范围较大，故在该处也进行了钻探，如图5中4＃钻孔位置。最后通过1＃、2＃、3＃和4＃钻孔验证，A＃、C＃两处异常有少量出水，D＃异常出水量较大，4＃钻孔基本为干孔，与综合物探的探测结果基本吻合。

图5 综合物探结果示意图

4 结论

矿井瞬变电磁法工作效率高、施工迅速，无需进行复杂的施工前期准备，对矿方工作进度影响小。该方法对各种低阻反应灵敏，但是巷道内各种金属干扰对其探测结果的影响较大。在数据解释工作中要求技术人员具备丰富的资料解释经验才能更有效地排除非地质因素引起的低阻异常。矿井音频电透视技术抗干扰能力较强，在排除非地质异常引起的干扰方面恰能弥补矿井瞬变电磁的缺陷。

矿井综合物探技术利用了两种方法的优势，对瞬变电磁结果中的低阻异常信息可利用矿井音频电透视的探测结果进行对比排除，不再单纯依靠技术人员经验排除干扰，从而得到更加客观准确的探测结果。同时两种方法进行综合解释也能够查明矿井音频电透视探测结果中不易察觉的低阻异常（如图5中C＃异常区域），保证矿方防治水工作的正常进行。本次工程实例的探测结果表明，综合物探的结果准确，相对单一方法的可靠性更高。

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Application of integrated geophysical technologies in water－bearing property prospecting in mine working face floor

Zhang Changming1，Liu Ying2，3，Liu Yaoning2，3
（1.No.5Coal Mine，Yangquan Coal Industry（Group）Co.，Ltd.，Yangquan，Shanxi 045000，China；2.The School of Resource and Earth Science，China University of Mining ＆Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China；3.State Key Laboratory for Geomechanics ＆Deep Underground Engineering，China University of Mining ＆Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China）

In this paper，TEM and audio－frequency electrical penetration technique are used jointly to probe the water content in floor strata of some working face.The final detection results show that the joint utilization of the two methods can exert their technology advantages and improve the accuracy of geophysical exploration；the integrated geophysical technology is better than simple method in accuracy of geophysical exploration.

integrated geophysical exploration，mine water control，transient electromagnetic method（TEM），audio－frequency electrical penetration technique

P631

A

张长明（1963－），男，阳泉煤业集团有限责任公司五矿总工程师助理，从事矿井地质和矿井防治水工作。

（责任编辑 张毅玲）