利用电法超前探测井下巷道顶板岩层富水性.pdf

徐栓祥利用电法超前探测井下巷道顶板岩层富水性 2 0 1 2笠 利用电法超前探测井下巷道 顶板岩层富水性 徐栓祥 山东新巨龙能源有限责任公司， 山东 菏泽2 7 4 9 1 8 摘要 介绍了龙 固煤矿利用三维物探超前探测井下巷道掘进前方顶板岩层的富水性 ， 以便采取相 应措施 ， 保证巷道施工安全。 关键词 井下电法； 巷道 ； 探测； 富水区 中图分类号 P 6 3 1 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 7 4 9 X 2 0 1 2 O l 一 0 0 9 8 0 2 0 引言 龙固矿开采 3煤层的直接充水含水层是 3煤层 的顶底 板砂岩 “ 三砂” 。“ 三砂 ” 含水层平 均厚 4 3 ． 0 m。以细砂岩为主， 局部为中砂岩和粉砂岩 ， 裂 隙局部发育 ， 充填有方解石脉。矿化度 6 ． 8 8 7 ． 7 9 g ／ L ， 水质类型为 S O 一KN a水 ， 水温稳定在 4 0 ℃ ～ 4 2 “ 12 ， 富水性不均一 ， 井筒施工时最大涌水量 7 9 m ／ h ， 回风 巷 揭 露 3砂 ， 最 大 涌 水 量 1 9 0 m ／ h ， 1 3 0 2 S工作面开采时最大涌水量 2 5 1 m ／ h 。属弱一 中等富水的裂隙一孑 L 隙承压含水层。构造裂隙发育 地段顶板淋水均较大。 2 3 0 3下平巷位于二采区南翼东部一向斜轴部 ， 在掘进期间顶板 淋水达到 3 0 m ／ h ， 水温 4 1 ℃。不 但恶化了劳动环境 ， 且造成锚杆和锚索预紧力低 ， 不 能保证巷道的支护强度。为保证掘进工 作面的安 全 ， 经分析 、 研究 ， 决定对 2 3 0 3下平巷实施井下电法 超前探测 ， 查 明掘进迎头前 方顶板 富水 性及前 方 F L 6断层的导水性 ， 从而指导巷道掘进安全。 1 井下电法超前探测技术及数据采集 1 ． 1 井下电法超前探测技术 井下电法超前探测技术属于矿井直流电法勘探 的范畴， 主要是用来探测井下巷道掘进前方地层 的 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 0 6 作者 简介 徐栓祥 1 9 7 l 一 ， 男 ， 山东 宁阳人 ， 1 9 9 1年毕业 于山东 矿 业学 院， 地质工程师 ， 从事地质测量工作。 地质情况。 龙 固矿 井 下 地 层 温 度 较 高， 地 层 水 温 可 达 4 8 ％ ， 导致导电离子活动性加强 ， 进一步降低了富水 地层的电阻率 ， 加大了与正常地层的电阻率差异 ， 因 此具备井下超前探测地球物理条件。 在井下掘进巷道 中通过接地电极进行供 电， 建 立了全空间稳定直流电场， 巷道周围的地层岩性 、 结 构以及构造等地质因素决定了全空间稳定直流电场 的空间分布， 同时也决定了掘进巷道内的电场分布， 这种电分布形态包含了掘进巷道前方的地质信息。 井下电法超前探测技术就是通过观测在掘进巷道范 围内的电场分布形态， 进行反演解释巷道掘进前方 的地质信息。 1 ． 2 井下数据采集 数据采集是进行解释的基础 ， 数据采集工作 的 好坏直接影响到解释成果的准确性。本次井下超前 探测数据采集使用的是 WJ D J - 3型高密度 电阻率系 统 ， 沿巷道两侧对称布设 电极 ， 电极间距 1 0 m， 采用 电位测量技术 两极 ， N、 B极置于无穷远 观测巷道 内的电场分布。 在 2 3 0 3下平巷内布设 了 3 0个电极 ， 采集数据 点 8 4 1 个 ， 本次井下超前探测工作巷道内停止 了用 电设备 ， 采集数据稳定 ， 采集质量好。 2 数据处理及资料解释 2 ． 1 数据处理 本次井下超前探 测数据处理主要包括以下步 第 1 期 徐栓祥利用电法超前探测井下巷道顶板岩层富水性 骤 ①建立数据文件。整理、 编辑采集到的数据， 添 加上所需的坐标， 建立起符合反演要求的数据文件； ②建立反演模型。建立反演模型， 要求模型宽度 4 O m， 超前长度 1 4 0 m， 后方长度为电极布设长度 ， 形成 一 1 0 m1 0 m的网格模型 ； ③数据反演 。应用圆滑 约束最小二乘反演方法， 调入反演数据文件 ， 反演迭 代出反演模型内每一个 网格电阻率值 ； ④绘制成果 图。应用 P i x o t e c三维可视化绘图软件 ， 对反演出的 反演数据进行成图， 得到超前探测电阻率三维数据 体及其相应切片。 数据处理后 ， 得到 2 3 0 3下平巷超前探测顶板 电 阻率三维数据体 图 1 ， 图 2 ， 数据体长 2 8 0 m宽 4 0 m， 高 5 0 m。 图 1 龙固煤矿2 3 0 3下平巷超前探测顶板电阻率三维数据体 图2 龙固煤矿2 3 0 3下平巷超前探测顶板电阻率三维数据体切片技术 2 ． 2 资料解释 数据体长2 8 0 m， 前 1 4 0 m 01 4 0 m 为已掘 巷道， 后 1 4 0 m 1 4 0 2 8 0 m 为超前探测部分 待掘 巷道 ； 数据体宽4 0 m， 巷道中心轴线位于中间2 0 m 位置 ， 左右两侧各有 2 0 m数据显示； 顶板数据体高 5 0 m， 代表巷道顶板上 5 0 m地层。因此 ， 本次超前 探测获得了超前 1 4 0 m、 上 5 0 、 左 、 右各 2 0 m长方体 数据， 达到探测任务要求。 数据体显示的为地层电阻率对数值 ， 不同电阻 率的地层分别用相应色标显示 ， 为便于对 比揭示 ， 本 次显示的所有 图件采用同一色标。 由于陷落柱 、 导水断层等隐患地质构造及其地 层富水均能引起低阻异常， 因此超前探测资料解释 的主要任务就是寻找巷道前方的低阻异常。 根据低 阻异常的低阻程度 、 分布特征解释巷道前方有无水 害隐患。 分析 2 3 0 3下平巷超前探测顶板电阻率三维数 据体及其相应切片 图 1 、 2 ， 发现数据体 电阻率整 体较低， 说明该位置顶板砂岩富水性相对较强， 在掘 进迎头前方2 0 6 0 m范围地层电阻率相对较高， 说 明该位置顶板地层富水性相对稍差， 掘进迎头前方 1 2 0 m以远位置存在低阻异常， 异常幅度较大， 说 明 该位置地层 富水性很 强， 该位置 已接近 F L 6断层 ， 说 明发现 F L 6断层 附近地层裂 隙发育 ， 富水 性很 强 。 3 结论 根据 2 3 0 3下平巷资料解释， 得出以下结论 1 探测位置顶板砂岩地层 富水性总体较强 ， 仅在掘进迎头前方 2 0 6 0 m范围顶板地层 富水性 相对稍差。 2 F L 6断层附近地层裂隙发育， 富水性很强。 根据物探结果在迎头施工超前放水孔 1 2个， 放 水量 1 5 m ／ h ， 效果较好 。