电法勘探在矿山水文勘探中的应用_王志磊

收稿日期：2011－03－01作者简介：王志磊（1977—），男，河南南阳人，高级工程师，硕士，2008年毕业于河南理工大学，现从事煤层气开发理论研究及利用。

电法勘探在矿山水文勘探中的应用王志磊1，2，刘彦涛1，许晓阳1，2，潘亚辉1，2（1．河南省煤层气开发利用有限公司，河南郑州450016；2．河南永安煤层气研发有限公司，河南郑州450016）摘要：我国煤炭资源除部分是露天开采外，多属于地下开采。

在矿井采掘作业时，水文地质勘探对煤矿的采掘活动有重要意义。

采用直流电法对河南东升煤矿11030工作面胶带运输巷底板下方地质构造、含水层富水性及隐伏导水构造等进行探测，并对测试方法进行了改进，取得了较好的效果。

关键词：电法勘探；水文探测；电测深；探测方法中图分类号：P631．325文献标识码：A文章编号：1003－0506（2011）08－0066－03Application of Electrical Prospecting in Mineral Hydrographic ExplorationWang Zhilei 1，2，Liu Yantao 1，Xu Xiaoyang 1，2，Pan Yahui 1，2（1．Henan Provincial Coal Seam Gas Development and Utilization Co．，Ltd．，Zhengzhou 450016，China ；2．Henan Yong'an Coal Seam Gas Development Co．，Ltd．，Zhengzhou 450016，China ）Abstract ：Most of the coal resources are exploited by underground mining in addition to some are openpit mining．In the process of coal mining ，the detection of hydrographic and geologic conditions have important significance to the mining activities in coal mines．Geolog-ical structures ，water abundance of aquifers ，concealed water flowing structures were explored using direct current electric method in the regions under the floor of belt roadway on 11030working face in Dongsheng Coal Mine．The test method was improved later ，which a-chieved a preferable result．Keywords ：electrical prospecting ；hydrographic detection ；electrical sounding ；detection method电法勘探是一种根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质（如导电性、导磁性、介电性）和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分布规律的观测和研究，查明地质构造及解决地质问题的地球物理勘探方法［1］。

由于岩石的视电阻率大小主要取决于介质的孔隙性和孔隙含水特征［2］，电法勘探利用这种电性差异，结合全空间电场理论以及相应的数据处理系统，绘制含水系数剖面图，从而达到了解巷道周围岩层导水和含水构造的目的［3］。

本文采用YTD400（A ）矿井全方位探测仪对东升煤矿水文进行探测，并对探测方法及结果进行分析和改进。

1矿井概况河南郏县东升煤业公司是河南省煤层气开发利用有限公司下属的一个整合煤矿，该煤矿位于王英沟勘探区山硐正断层与王英沟背斜之间。

该区地层走向125ʎ 190ʎ，倾角一般22ʎ 25ʎ，背斜轴部倾角变陡。

井田总体构造为一单斜形态，西部褶曲、断裂较发育。

矿井主要补水因素为大气降水、老窑积水及主要煤层顶底板直接充水含水层水。

随着煤层的开采，顶板塌陷，地质裂隙发育扩展，逐渐形成隐形导水结构。

煤矿首采二1煤层，二1煤层主要充水水源为其下部的石炭系灰岩岩溶水，补给条件差，单位涌水量0.0033L /（s ·m ）；其次为顶板淋水和渗水，涌水量小，补给条件差，所以目前二1煤层最大的威胁是底板岩溶裂隙承压水。

二1煤层下距太原组灰岩含水层大于10m ，其隔水层为泥岩与砂质泥岩，如果遇到断层等地质构造时存在透水的可能。

11030工作面沿二1煤层底板施工，底板标高为－198 －203m ，煤厚1.6 3.5m ，平均厚2.0m ，煤层倾角25ʎ 35ʎ，平均28ʎ。

在11030工作面胶带运输巷水仓附近发现出水点，在距水仓2m 处以45ʎ角施工水文探测孔，当钻孔施工至45m 左右时，钻孔内出水。

为保证矿井安全生产，对11030工作面运输巷水仓附近底板下方水文情况进行探测。

·66·2011年第8期中州煤炭总第188期2电测深工作原理电法探测是通过在井下巷道周围岩层中布置供电电极发射电流，建立起全空间的稳定人工电场，利用测量电极进行测量并绘制电场或阻值分布图，并研究电阻值的分布和变化规律，进而预测岩体的含水结构与特征。

电测深技术可以探测巷道顶板上（100m 范围内）、底板下（100m 范围内）及两边侧帮100m 范围内的含水和其他异常地质结构的位置及富水性强弱，对顶、底板含水层及侧帮老空、老窑的位置进行准确定位，避免由老窑水或承压水给煤矿生产带来威胁。

通过布置在巷道内的供电电极，在巷道周围岩层中建立起全空间的稳定人工电场，应用三极或四极电测深装置，在同一测点上逐次增大供电电极距，使探测深度逐渐加大，从而得到观测点处（视电阻率）沿垂直方向上的变化情况。

电测深原理如图1所示。

图1电测深原理示意3电测深方法采用YTD400（A ）矿井全方位探测仪进行探测，该仪器主要包括探测仪主机、测量电极、充电器、限流器、测量电缆5个部分。

采用AMN 三极测深装置，将无穷远电极B 放置于5 10倍的探测距离外，相对固定测量电极M 、N ，不断移动供电电极A ，并记录相应的探测数据，测试点由近及远，达到由浅到深的测量目的。

测试方法如图2所示。

图2测试方法示意4测试结果首次测量采用固定测量电极M 、N 间距10m ，供电电极A 1以5m 的间距沿巷道方向不断移动进行测量的方法。

测量巷道总长度为20m ，测量控制深度为52.5m ，底板向下7m 范围为测试盲区。

将测试所得数据经Sounder 2008数据处理软件进行处理，得出电测深成果（图3）。

图3首次测量电测深成果示意由图3可以看出，在有效的探测区域内电阻分布均匀，电阻值过渡均匀，无明显突变区域，存在一个低阻的异常区域。

低阻区距水仓水平距离27m ，底板向下40 50m 范围内，水平范围未控制。

测试结果显示低阻异常区范围在130m 2以上，阻值一般小于－5Ωm 。

由测试结果推断，在水平距离水仓27m ，沿底板向下40m 以下范围内阻值较低，该低阻异常区可能为含水区域，含水区域范围在130m 2以上。

此次测试与探测孔施工所得结果一致，基本满足测试的要求。

5探测方法改进在此次测试中，受测试方法和供电电极间距的限制，底板向下7m 范围内为测试盲区，存在较大的施工隐患。

为保证煤矿的安全生产，对探测方法进行改进，以减小测试盲区。

当供电电极间距增大时，测试盲区相应增大，施工时存在较大的安全隐患；供电电极间距减小时，测试盲区也会相应地减小，但测试所得图像会出现失真，影响测试结果的可信度。

经过多次反复测试试验，当测试电极M 、N 间距选择为4m 、供电电极以2m 的间距进行测试时，底板向下2.8m 为测试盲区，图像失真度较小，测试结果基本满足要求，测试结果如图4所示。

此次测试巷道长度为12m ，测量控制深度为49m 。

测试控制范围内电阻分布变化较大，存在4个低阻异常区，异常区域的最低含水系数值为－3Ωm 。

1号低阻异常区位于胶带运输巷沿巷道向上·76·2011年第8期王志磊等：电法勘探在矿山水文勘探中的应用总第188期距离水仓2m左右，底板向下2.8 5.0m范围内，阻值为－2Ωm左右；2号低阻异常区位于胶带运输巷沿巷道向上距离水仓10m左右，底板向下6 8 m范围内，阻值为－2Ωm左右；3号、4号低阻异常位于底板深度32 49m范围内，水平范围未控制，阻值最小为－3Ωm 。

图4方法改进后电测深成果示意由测试结果推断，1号异常区上方巷道有深度为2.5m、纵向宽度与巷道宽度基本一致、走向长度为5m左右的积水坑，1号低阻异常区可能是由水坑内积水向下渗透所致。

2号低阻异常区周围电阻值变化平缓，阻值较高，推断为测试时测试电极与巷道底板未完全接触所致，虽然测试所得的电阻值较小，但不同于含水地质的电阻值，对测试结果有一定的影响。

沿巷道向上距离水仓2m左右底板下方有一个纵向的低阻异常区域，该区域位于巷道底板下方46 50m范围内，水平区域未控制。

在此区域内，低阻区域呈纵向条带状分布，3号低阻异常区及4号低阻异常区与此条带状低阻区连通，该区域可能形成连贯的含水地质带。

将此次测试结果与首次测试结果进行对比综合分析可知，11030工作面底板岩巷底板下方存在2个富水区：（1）沿巷道向上距离水仓2m，巷道底板下方46 50m存在条带状低阻异常区，推断为含水区域，含水区域范围在40m2以上。

（2）沿巷道向上距离水仓27m，底板下方40m 以下范围内阻值较低，该低阻异常区可能为含水区域，含水区域范围在130m2以上。

6结论（1）根据矿井实际地质情况对YTD400（A）矿井全方位探测仪测试方法进行改进，取得了较好的测试结果。

（2）直流电法作为矿井水文探测及防治的一种方法，其测试结果可为矿井安全生产提供依据。

参考文献：［1］张赛珍，王庆乙，罗延钟．中国电法勘探发展概况［J］．地球物理学报，1994，37（A01）：408-424．［2］张四辈，刘永垒，刘占军．直流电法在治理采空区巷道渗水中的应用［J］．中州煤炭，2009（4）：54-55．［3］陈江峰，许亚坤．芦沟煤矿水文地质特征及矿井涌水量计算［J］．煤矿安全，2009（11）：39-42．（责任编辑：梁郁鑫櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂）（上接第65页）产能比悬移支架炮采实现翻番，单工作面年多产原煤41.9万t，按吨煤售价550元、吨煤利润150元计算，年新增产值2.3亿元，年增利润6285万元。