【成果报告】某矿某工作面底板电法综合物探成果报告

1.1 任务目的

在某工作面两顺槽开展并行直流电法、音频电透视法等综合物探工程，查明和圈定工作面煤层底板以下100m范围的富水异常区。

1.2、探测区域位置

某工作面位于二采区，东为二采区采区巷道，西邻井田边界，南为另一工作面采空区，北为实体煤层。工作面标高+178～+228m，南高北低，由运输顺槽、轨道顺槽及切眼构成，两条顺槽沿煤层走向方向布设。工作面地表无村庄、建筑物，均为黄土覆盖，属丘陵地带。

工作面设计可采走向长1130m，倾向长99m。探测区域井下位置图如图1-1。

图1-1  工作面探测范围平面示意图

1.3、水文地质情况

该工作面底板主要含水层K7砂岩、K4灰岩和K3灰岩，其中K7砂岩顶界面距2#煤层底板平均22.51m，该工作面底板采动导水破坏带深度15.5m，无法导通K7砂岩，但工作面可能存在隐伏断层，在断层附近，回采过程中可能出现底板局部渗水现象，对工作面回采影响较小。K4石灰岩顶界面距2#煤层底板平均44m，在无大型构造导通的情况下，该层灰岩含水层水对该工作面回采影响较小。奥陶系碳酸盐裂隙岩溶含水岩组顶界面距2#煤层底板平均162m，在无大型构造导通的情况下，该层灰岩含水层水对该工作面回采影响较小。

将直流电源的两端通过埋设地下的两个电极A、B向大地供电，在地面以下的导电半空间建立起稳定电场。该稳定电场的分布状态决定于地下不同电阻率的岩层（或矿体）的赋存状态。所以，从地面观察稳定电场的变化和分布，可以了解地下的地质情况。

为测定均匀大地的电阻率，通常在大地表面布置四极装置，即两个供电电极A、B，两个测量电极M、N（如图2-1）。

图2-1  均匀大地电场分布

图2-2  地下低阻和高阻异常体对电流的吸引和排斥作用(ρ1＜ρ2)

如果地下存在导电性不同的岩层和矿体，它们会影响电场的分布（如图2-2），良导体对电流有“吸引”作用，导电性差的则对电流有“排斥”作用。因此，当地下存在导电性差的地质体时，由于它对电流的“排斥”作用，使电流远离它本身而流过；而当地下存在有良导体时，它将对电流有“吸引”作用，使大部分电流通过其本身。这样，在地表观测到的电场将发生畸变，通过对畸变电场的分析，判断地下不同导电性地质体的赋存状态，这就是电阻率法的基本原理。

2.2、音频电透视法工作原理

由于地下各种岩石之间存在导电差异（表2-1所示），影响着人工电场的分布形态。矿井音频电透视法就是利用专门的仪器在井下观测人工场源的分布规律来达到解决地质问题的目的。

从大的范畴来说，矿井音频电透视法仍属矿井电法。因其施工方法、资料处理技术的差异及主要针对性（探测采煤工作面内部含水性异常）等原因而形成矿井音频电透视法分支。

2.3、工作装置

本次并行直流电法与音频电透视法选用福州华虹智能科技股份有限公司生产的“YBT96矿用交直流并行电法透视仪”，该仪器是一款采用先进的分段集中式架构实现的综合电法透视系统，可实现多种电法勘探观测数据的同步采集：双巷高密度并行电透、工作面多频并行电法透视等。是一款满足一次施工完成多种电法勘探的工作面全方位电法透视装备。

图2-3  YBT96矿用交直流并行电法透视仪系统组成图

分别在工作面运输巷以巷道切眼处为探测起始测点0号测点，然后沿着巷道向停采线方向分别依次布置测点至112号测点，测点距10m，测线长度为1120m。

轨道巷以巷道切眼0m处为探测起始测点0号测点，然后沿着巷道向停采线方向分别依次布置测点至114号测点，测点距10m，测线长度为1140m。

工作面底板探测，测线在运输巷、轨道巷分别布置2站采集数据，两巷第一站电极数量各64根，两巷第二站电极数量其中运输巷65根，轨道巷67根。极距10m，相邻站电法测线叠加160m，测点共布置并行直流电法物理测点260个。

现场施工由里（切眼）向外进行，第一站布置在0-63号测点，数据采集完成后进行搬站，第二站与第一站重复160m测线，其中运输巷布置在48-112号测点，轨道巷布置在48-114号测点。如下图3-1。

图3-1  工作面并行直流电法探测测点布置图

图3-2  工作面并行直流电法探测测站布置示意图

3.2、音频电透视法现场施工布置

本次音频电透视法探测，运输巷以巷道切眼处为探测起始测点0号测点，然后沿着巷道向停采线方向分别依次布置测点至112号测点，测点距10m，测线长度为1120m。轨道巷以巷道切眼0m处为探测起始测点0号测点，然后沿着巷道向停采线方向分别依次布置测点至114号测点，测点距10m，测线长度为1140m。

发射点距和接收点距为10m，对应巷道进行扇形扫描接收。本次物探工作在运输巷布置发射点113个，在轨道巷布置115个接收点。在轨道巷布置发射点115个，在运输巷对应布置113个接收点。

工作面底板音频电透视法探测，共布置2站采集数据，两巷第一站电极数量各64根，两巷第二站电极数量其中运输巷65根，轨道巷67根。极距10m，相邻站电法测线叠加160m，工作面底板探测，测点共布置音频电透视法物理测点260个。

图3-3 音频电透法观测系统布置示意图

图3-4 工作面音频电透视法测点布置图

图3-5 矿井音频电透法观测系统测站布置示意图

本次并行直流电法探测成果整体视电阻率值范围在20-190Ω·m，视电阻率值的色标从冷色到暖色代表视电阻率值从低到高。结合新元煤矿井下实际情况，本次相对低阻阈值取20Ω·m。

（1）图4-1为运输巷底板并行直流电法探测视电阻率成果图，由图中可以看出，运输巷底板100m探测范围内存在3处相对低阻区域，命名为ZLYC1～ZLYC4；

图4-1  运输巷底板并行直流电法探测视电阻率成果图

（2）图4-2为轨道巷底板并行直流电法探测视电阻率成果图，由图中可以看出，轨道巷底板100m探测范围内存在8处相对低阻区域，命名为ZLYC5～ZLYC12；

图4-2  轨道巷底板并行直流电法探测视电阻率成果图

4.2、音频电透视法成果解释

一般而言，在地层岩性切向相对均一的条件下，同一频率建立的电场所获得的视电导率值越高，说明地层的综合导电性越好，含水也就越丰富。为此，按照频率域电场理论及实际探测经验，判定工作频率为128 Hz视复电导率勘探结果的有效勘探深度为工作面底板K7砂岩岩层段；64Hz视复电导率勘探结果的有效勘探深度为工作面底板K4灰岩岩层段；32Hz视复电导率勘探结果的有效勘探深度为工作面底板为K3灰岩岩层段；16Hz视复电导率勘探结果的有效勘探深度为工作面底板为K2灰岩岩层段。

根据数理统计学，把数据分成5个级别，并可设定为异常阀值(其中为参数算术平均值,为参数的标准偏差值)。对于的区域可解释为异常区。

为确定不同深度岩层的电性异常区域，参照上述的统计解释原则以及地质分析，获得工作面底板音频电透视法切片图（图4-3）。

图4-3 工作面底板音频电透视法探测切片成果图

（1）工作面底板K7砂岩层段共圈定4处相对高电导异常区，命名为YPYC1～YPYC4；

（2）工作面底板下K4灰岩层段共圈定6处相对高电导异常区，命名为YPYC5～YPYC10；

（3）工作面底板下K3灰岩层段共圈定13处相对高电导异常区，命名为YPYC11～YPYC23；

（4）工作面底板下K2灰岩层段共圈定6处相对高电导异常区，命名为YPYC24～YPYC29；

（5）通过分析音频电透视不同深度视电导率切片三维图，对各异常空间位置对比总结如下：

1）YPYC1只分布在K7砂岩岩层段；

2）YPYC2、YPYC6、YPYC12在横向上对应，应为同一异常区在K7砂岩岩层段、K4灰岩岩层段和K3灰岩岩层段的分别响应；

3）YPYC3、YPYC7与YPYC13在横向上存在对应关系，应为同一异常区在K7砂岩岩层段、K4灰岩岩层段和K3灰岩岩层段的分别响应；

4）YPYC4、YPYC8、YPYC16与YPYC24在横向上存在对应关系，应为同一异常区在K7、K4、K3、K2灰岩岩层段的分别响应；

5）YPYC5与YPYC11在横向上存在对应关系，应为同一异常区在K4灰岩岩层段与K3灰岩岩层段的分别响应；

6）YPYC9只在K4灰岩岩层段层位分布；

7）YPYC10与YPYC23在横向上存在对应关系，应为同一异常区在K4灰岩岩层段与K3灰岩岩层段的分别响应；

8）YPYC14、YPYC15只在K3灰岩岩层段层位分布；

9）YPYC17与YPYC25在横向上存在对应关系，应为同一异常区在K3灰岩岩层段与K2灰岩岩层段的分别响应；

10）YPYC18与YPYC8在横向上存在局部对应关系，应为同一异常区在K4灰岩岩层段与K3灰岩岩层段的分别响应；

11）YPYC19与YPYC27在横向上存在对应关系，应为同一异常区在K3灰岩岩层段与K2灰岩岩层段的分别响应；

12）YPYC21与YPYC28在横向上存在对应关系，应为同一异常区在K3灰岩岩层段与K2灰岩岩层段的分别响应；

13）YPYC29只在K2灰岩岩层段层位分布。

4.3、综合探测成果解释

综合音频电透视各层位视电导率成果图及两巷电测深成果（见下图4-4），本次共圈定解释了16处电性异常区，异常区范围（见下图4-5），其中有6处异常区（异常编号为YC1、YC3、YC6、YC9、YC11、YC14）分布在底板K7、K4灰岩岩层段范围内（下图中异常区用蓝色线表示）；有5处异常区（异常编号为YC2、YC4、YC5、YC7、YC8）分布在底板K7、K4、K3灰岩岩层段范围内（下图中异常区用浅蓝色线表示）；有1处异常区（异常编号为YC16）分布在底板K3灰岩岩层段范围内（下图中异常区用粉色线表示）；有4处异常区（异常编号为YC10、YC12、YC13、YC15）分布在底板K2灰岩岩层段范围内（下图中异常区用棕色线表示）。各异常地质解释如下：

图4-4  音频电透视不同深度及直流电测深异常范围对比图

图4-5  音频电透视不同深度及直流电测深异常综合解释成果图

表4-1  异常解释及可靠性评价表

通过分析，结合该矿2煤底部各含水层赋存特征和本次异常响应特征，综合认为YC2、YC4、YC5、YC6、YC8、YC10、YC13存在富水的可靠性较高。因此，本次电法勘探将以上7处异常定性解释为底板富水异常区，其中

YC2位于K4与K3灰岩层段，运输巷一侧，横坐标179.7~258.6m，纵坐标47.4~98.5m范围；

YC4位于K4与K3灰岩层段，轨道巷一侧，横坐标326~353m，纵坐标0~59.3m范围；

YC5位于K4与K3灰岩层段，轨道巷一侧，横坐标381~479m，纵坐标0~68.6m范围；

YC6位于K4与K3灰岩层段，运输巷一侧，横坐标464~557m，纵坐标33.3~98.5m范围；

YC8位于K4与K3灰岩层段，运输巷一侧，横坐标609~672m，纵坐标44.6~98.5m范围；

YC10位于K2灰岩层段，轨道巷一侧，横坐标689~824m，纵坐标24.4~93m范围；

YC13位于K2灰岩层段，轨道巷一侧，横坐标874~999m，纵坐标0~71.8m范围；

7处异常区的平面位置如下图：

图5-1  底板富水异常区解译成果图

根据物探标注的异常区位置，矿方进行了钻探验证。验证情况如下：

YC2异常：岩性为太原组K4、K3岩层段。井下探查疏放水孔12#、13#、施工期间钻速正常，无塌孔、卡钻、掉钻等钻探异常，钻孔出水量6.2m³/h，与物探结果相符。

YC4异常：岩性为太原组K4、K3岩层段。井下探查疏放水孔15#，施工期间钻速正常，无塌孔、卡钻、掉钻等钻探异常，钻孔出水量3.3m³/h，与物探结果相符。

YC5异常：岩性为太原组K4、K3岩层段。井下探查疏放水孔A5#，施工期间钻速正常，无塌孔、卡钻、掉钻等钻探异常，钻孔出水量5.4m³/h，与物探结果相符。

YC6异常：岩性为太原组K4、K3岩层段。井下探查疏放水孔A3#，施工期间钻速正常，无塌孔、卡钻、掉钻等钻探异常，钻孔出水量3.1m³/h，与物探结果相符。

YC8异常：岩性为太原组K4、K3岩层段。井下探查疏放水孔A6#，施工期间钻速正常，无塌孔、卡钻、掉钻等钻探异常，钻孔出水量3.4m³/h，与物探结果相符。

YC10异常：岩性为太原组K2岩层段。井下探查疏放水孔A11#，施工期间钻速正常，无塌孔、卡钻、掉钻等钻探异常，钻孔出水量2.7m³/h，与物探结果相符。

YC13异常：岩性为太原组K2岩层段。井下探查疏放水孔A13#，施工期间钻速正常，无塌孔、卡钻、掉钻等钻探异常，钻孔出水量4.1m³/h，与物探结果相符。