矿井音频电透视在王家岭煤矿井下探测应用效果研究.docVIP

矿井音频电透视在王家岭煤矿井下探测应用效果研究 　　[摘要]介绍了音频电透视方法的基本原理、工作方法和资料解释，分析了王家岭煤矿进行音频电透视探测的物性前提，结果表明，音频电透视探测成果能够综合反映工作面顶板砂岩层的含水情况，通过实例说明音频电透视在工作面富水性探测方面的应用效果，实践证明矿井音频透视技术是该矿探查工作面内部顶、底板内含导水构造最有效的物探方法。 　　[关键词]音频电透视 断层 电导率 　　[中图分类号] TD175 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-5-158-2 　　1概述 　　采煤工作面顶板岩层中隐伏的构造如张性裂隙、陷落柱等，常是地下水的富集区或成为地下承压水的通道，工作面回采造成的扰动一旦波及这些隐伏含、导水构造，常会造成工作面涌水量增大，严重时发生突水事故，给矿工生命和企业财产带来严重损失[1]，如何超前查明底板内隐伏含、导水构造，提前做好防治措施，是矿井水文地质工作者多年来不断探索的目标，笔者利用矿井音频电透视新技术来探查含水构造取得了明显效果，音频电透视法对于煤矿工作面顶、底板富水区探测效果较为明显，为煤矿工作面水害防治提供了新的探测手段，其探测的煤层顶、底板富水区的综合电性分布情况，对工作面进行防治水工作，消除突水威胁，保障工作面安全合理开采具有重要的指导意义。 　　2矿井音频电透视在王家岭煤矿应用的地球物理前提 　　任何地球物理方法都有其应用的物性前提，不同地质条件和地质环境也会影响某些地球物理探测方法的应用效果。井下音频电穿透是以岩石导电性差异为应用前提的地球物理勘探方法。在王家岭煤矿不同的岩性具有不同的电性特征（见表1），含煤地层具有层状分布的特点，电性分布在横向上相对均一，纵向上有固定的变化规律。音频电穿透探测工作面所涉及的岩性主要为细粒砂岩、泥岩、中粒砂岩。当均匀地层中存在含水区时，其含水区电性值较围岩电性值偏低，含水区域范围越大，含水性越强，其低电性值在探测到的视电阻率中反映越明显，等值线会发生有规律的变形、圈闭等现象；而在构造发育带附近，或者出现层位错动、地层产生褶皱变化，这种变化一般都伴随着一定范围内地层裂隙发育，从而为岩层水体的富集提供了有利空间。一旦裂隙充水，即相当局部出现有明显的含水构造，由于矿井裂隙水体的导电性良好，在纵向与横向上都打破了原有电性的固有变化规律。 　　上述物性变化的存在为以电性差异为应用前提的音频电穿透视勘探方法的实施提供了良好的地球物理条件。 　　3王家岭煤矿2#煤与2#煤顶、底板地电模型分析 　　矿井音频电穿透视法以全空间电场分布理论为基础[2]。 　　对于均匀全空间，点电源产生的电场分布特征，可用如下关系式表达： 　　式中Um―电位；I―供电电流强度？A；Em―电场强度；jm―电流密度；ρ―均匀空间介质电阻率Ω.m；R―观测点M到点电源A的距离/m。 　　王家岭2#号煤层与其顶板（砂岩和泥岩）具有明显的电性差异。而煤层相对其顶、底板砂岩、泥岩为高阻层，可用图1所示的三层地电模型来模拟上述电性组合特征。 　　根据镜像法，可以求出全空间内任意点的电位表达式为： 　　式中， 为第i层的点源在第j层的电位；L为供电点至观测点的距离；ρi为第i层的电阻率值；kn（i，j）=F（L，d，θ，ρm）为反射系数函数。 　　4现场操作 　　矿井音频电透视技术施工前先作井下标点、定位工，在井下施工时，一般采用在一条巷道内某点发射（供电），在本工作区域另一条巷道对应点左右一定范围内接收，形成一个扇形扫描区，测网密度一般要求供电点距50m，接收点距10m，对应每个发射点，在另一巷道的扇形对称区间20个点左右进行观测，以确保测区内各单元有3次以上的发收射线覆盖，一条巷道发射另一条巷道接收完成全部测点后，发射、接收互换再进行同样的探测工作。 　　5音频电透视的解释方法 　　音频电透视资料解释与处理，采用电位测量来确定电导率的变化“首先将观测区域划分为若干个地电单元”根据点电源电场分布理论，利用数学方法，可以正演计算出地电模型每个地电单元在理论上的电位及相应的电导率值，同样根据实测的电位差可以反算各地电单元的电导率，考察每个地电单元的视电导率偏差，用平面图表现出来，即可推断解释含水构造及富水区的各种信息。 　　6应用实例 　　本次音频电透视探测采用中煤科工集团西安研究院有限公司新型音频电透视仪，图2是山西王家岭煤矿20104工作面音频电透视探测成果分析图，其中有3处高视电导率异常区，分别定义为1～3号异常，其中纵坐标为巷道切眼深度，横坐标为工作面巷道位置，图中通过在工作面两条巷道布设电极进行测量，得到工作面内部富水异常区，成果图中的等值线参数为相应深度层段平行于2#煤层底板的曲面附近地层的综合视电导率值。一