刘 赛

(华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

0 前言

矿井水害对生产、国家财产及工人生命安全已经造成巨大影响。因此，煤矿水害防治迫在眉睫，意义重大［1］。特别是煤矿水害对生产和人民生命财产带来的损失更为严重。煤矿水害事故中很多都是井下巷道及工作面出水，水源一般有大气降水、地表水、松散层水、老空水、灰岩水等。引起事故的主要因素有地质构造、老空区、陷落柱等，一旦巷道或工作面存在导水构造［2］，无法及时预测，很容易发生透水事故，对煤矿安全生产产生很大威胁。针对葛亭煤矿矿井水害的潜在危害。在掘进巷道富水性超前探测工作需要实时、快捷，且能够对探测数据即时分析的物探方法，要求探测成果做到随做随出。结合葛亭煤矿现场工作中对掘进工作面水害防治的需求，如何深入分析突水原因，研究突水因素，针对不同的水文地质条件采取相应的防治水措施［3］，减少或消除突水因素的影响，预防工作面突水，保证矿井安全生产，是广大工程技术人员正在不断实践探索的问题。

1 水文地质条件

1.1 含水层

矿井共有六个主要含水层(组)，自上而下分别为第四系砂层本组、岩浆岩、3煤层顶、底板砂岩、太原组三灰、十下灰及奥陶系灰岩。其中第四系砂层本组，3煤层顶，岩浆岩，十下灰及奥陶系灰岩为弱－强富水含水层。底板砂岩、太原组三灰富水性弱～中等。

1.2 矿井充水因素

矿井充水因素有三个:3煤顶底板砂岩、三灰和岩浆岩水。开采实践证明，3煤顶底板砂岩水和三灰水，水量以静储量为主，并且易于疏干，不会对安全生产造成威胁。因此，在无岩浆岩侵入区水文地质条件为中等偏简单;在岩浆岩侵入区，特别是断层使3煤层与奥灰、十下灰间距缩小或对口接触，矿井充水因素增多，水文地质条件将会复杂。因此采上组煤时的水文地质条件属于裂隙类简单～中等型。下组煤矿井充水因素主要有四个，即直接顶板十下灰、断裂带、奥灰和岩浆岩，其中受岩浆岩影响的部位主要在F7断层以东，范围较小。下组煤的水文地质条件为裂隙、岩溶类中等～复杂型。

2 地球物理响应特征

从电性上分析不同地层的电性分布规律为:煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，粘土岩类最低。由于煤系地层的沉积序列比较清晰，在原生地层状态下，其导电性特征在纵向上固定的变化规律，而在横向上相对比较均一。当存在构造破碎带时，如果构造不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高;如果构造含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体。

综上所述，当断层、裂隙和陷落柱等地质构造发育时，无论其含水与否，都将扰动地层电性在纵向和横向上的变化规律，为以岩石导电性差异为物理基础的矿井电法探测提供了良好的地质条件［4－5］。

3 高密度电法探测方案

高密度电阻率法具有抗干扰，小电流，低电压，自动成图，探测精度高，操作方便、探测可靠性较高，工作效率高、反映的地电信息量大、工作成本低、测量简便等突出等特点。比普通电法数据采集更快，自动化程度更高［6］。

高密度电阻率成像法采用温纳微分装置测量，在井下沿巷道布设测线，并按一定间隔布置好电极。首先以固定点距沿巷道测线布置一些列电极，相邻电极间距为a，将相距为a的一组电极排列经自动转换电极器连接，通过自动转换程序改变装置类型，一次完成测点各种装置形式的视电阻率ρ观测(图1)。

图1 测量方式图

温纳排列的供电电极A、B和测量电极M、N均采用偶极，并按一定距离分开。S表达式［7－8］为:

(α为两相邻电极间距)电极排列依次为AB－M－N。记录点为BM中点，测量断面为倒梯形。测量时，AB=BM=MN为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线;接着 AB、BM、MN 增大一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到另一条剖面线;不断扫描测量，得到倒梯形断面。

数据采集:在巷道中布置一系列测点，测点间距为5 m，自巷道一端开始布置。布置方案如图2。11610胶带顺槽超前探，随着掘进前推向前平移侧线。

图2 现场施工布置框图

4 高密度电法的探测成果

11610轨道顺槽从巷道口向切眼方向探测，总长度为800 m，由于切眼处附近全是积水无法施工，故实际探测长度为720 m。现场施工布置如图3所示。相邻电极的距离为5m，电极与电极控制器之间采用电极连线夹连接。

11610皮带顺槽从距离切眼20m开始探测至巷道口，巷道总长度为790 m，由于切眼20 m附近有大量积水无法施工，故探测起点至巷道口为770 m。

图3 现场高密度电法法测深施工布线图

11610工作面采用采用华安奥特生产的YDJ256型矿用高密度电法仪。根据高密度电法在各巷道的探测，底板探测成果(图4、图5)探测异常区示意图(图6)做出如下解释:

1#异常区:距位于底板20～40 m范围，低阻反映明显，可能与底板导通，在回采时底板裂隙带的扩展，可能对回采具有一定的影响。

2#异常区:距位于底板20～50 m范围，低阻反映较明显，可能与底板奥灰导通富水性较强。

3#异常区:距位于底板20～50 m范围，低阻反映较明显，可能受小断层影响，推测存在裂隙水富水性一般。

4#异常区:距位于底板20～30 m范围，低阻反映较明显，富水性一般，可能与底板导通，与底板间接含水层不导通，对回采会产生一定影响。

5#异常区:距位于底板20～30 m范围，低阻反映较明显，富水性一般，可能与底板导通，与底板间接含水层不导通，对回采会产生一定影响。

6#异常区:距位于底板20～30 m范围，低阻反映明显。可能受断层影响富水性较大。

7#异常区:距位于底板20～35 m范围，低阻反应较明显，可能受断层影响富水性一般。

图4 11610工作面轨道顺槽高密度底板探测成果图

图5 11610工作面皮带顺槽高密度底板探测成果图

图6 11610工作面高密度底板探测异常区划分示意图

5 结论

高密度电法对上、中、下三条顺槽底板富水性进行了探测，根据探测成果对底板划分7个异常区。在20 m、30 m层位低阻反映相对明显，40 m、50 m层位低阻反映较差。从低阻异常发育较浅的层位看，低阻区域与奥灰无明显导通，但由于小断层的影响，可能对回采工作产生影响。

［1］ 付士根，窦梅林，刘勇锋，许开立.电磁探测技术在矿山水害防治中的适用性评价［J］.工程地球物理学报，2011，36(3):297－302.

［2］ 韩德品，李丹，程久龙，王鹏.超前探测灾害性含导水地质构造的直流电法［J］. 煤炭学报，2010，39(4):635－639.

［3］ 尹万财.工作面底板突水因素分析及防治对策研究［J］.中国煤田地质，1997，37(3):44 －47.

［4］ 陈永新，李永军，李小明.瞬变电磁法在矿井水害超前探测中的应用［J］. 华北科技学院学报，2008，5(1):17－20

［5］ 刘运启，李小明，李永军，王洪德.顶板砂岩富水性的矿井瞬变电磁法探测［J］.华北科技学院学报，2009，6(4):39－42

［6］ 王东伟，刘亚文，李玉辉，罗强，朱名，李武松，王飞.高密度电法在煤矿采空区探测中的研究与应用［J］.中国煤炭，2014，6(3):38 －40.

［7］ 邓超文.高密度电法的原理及工程应用［J］.韶关学院学报，2007，9(6):65 －67.

［8］ 杨振威，严加永，刘彦，王华峰.高密度电阻率法研究进展［J］. 地质与勘探，2012，12(5):969－978.