戴香华

（大同煤矿集团有限责任公司地质勘测处 山西大同 037003）

0 引言

同煤集团部分矿井在巷道掘进过程中，存在同层、顶板上覆、底板下伏小窑采空区，小窑破坏情况不清，往往给安全生产带来严重隐患。现探测小窑空巷的物探手段主要以电法勘探为主，然而电法勘探受制于井下全空间及金属、电缆干扰等环境影响，探测效果存在争议。因此，从实际出发，针对集团公司各矿采掘现状，开展直流电法探测小窑空巷的有效性试验。从施工方法、参数选取、干扰因素分析、数据处理解释等多个环节进行分析、总结，指导下一步物探工作[1]。

1 试验内容

（1）基于已知小窑巷道资料，根据直流电法试验结果分析近距离采空区地球物理特征相较于正常区域是否存在明显电性差异；

（2）直流电法干扰因素，四极测深极距的选取与现场环境的影响因素分析（如巷道积水、金属支护、机组、电缆等）；

（3）试验仪器装置形式、不同试验点背景值不同的原因分析；

（4）综合分析，对比钻孔测井资料，分析煤层及采空区视电阻率值，确定异常阈值，划分异常区[2]。

2 井田区域地球物理特征

本次勘探区域煤层主要为大同煤田侏罗系煤层和石炭系煤层，不同的岩层具有不同的电性，该区地层电性差异较为明显，煤系地层的平均电阻率值比非煤系地层的电阻率值高，构成一个电性层；煤系地层基底奥陶系灰岩电阻率最高，构成本区又一良好的电性标志层。采空区若不充水，呈现高视电阻率低电位反映，一般煤岩层视电阻率为100 Ω·m～200 Ω·m，煤层采空后视电阻率呈现为500 Ω·m左右，以上较大的电性差异为本次直流电法试验工作提供了良好的地球物理前提条件。

3 施工方法及工程量

本次试验采用井下直流电法“三点源”超前探测及对称四极测深法对小窑空巷进行探测，为保证探测效果同时对环境影响因素进行有效判别，施工前先开展了先期仪器稳定性试验工作。

3.1 仪器稳定性试验工作

在云冈矿410-4 皮带巷标号5 m 处点使用YDZ（A）直流电法仪器，采用同一参数进行反复观测5次得出以下数据（表1），通过计算5组采样数据的相对均方误差为3.1%，其误差小于电法勘探规范规定的5%，判断仪器稳定性满足工作需要。

表1 云冈矿410-4皮带巷重复观测5次数据表（单位：Ω·m）

3.2 现场环境因素影响试验

在云冈矿410-4 皮带巷标号15 m 处点使用YDZ（A）直流电法仪器，分别将电极布设在煤壁金属支护上，将电极布置在煤壁中，将电极布置在相对潮湿积水环境中，得出以下数据（表2），通过比较三者视电阻率值变化大小，布置在积水区视电阻率变化更大，对原始数据采集影响最大，其次布置在金属支护上，反演的视电阻率值变化较大，对原始数据采集影响其次，所以正式施工时应将电极布置在煤壁中位置，保证原始数据质量。

表2 云冈矿410-4皮带巷电极布置在不同地段的数据表（单位：Ω·m）

4 数据处理及成果解释

本次数据处理软件采用仪器自带YDZ（A）软件系统，结合Golden Software suffer8进行数据处理解释。

（1）数据处理前，在原始资料可靠的基础上进行分析，质量不合格或未经检查的资料，不得作为解释推断的依据；

（2）数据处理、解释和成果图必须依照其相应的施工方进行综合对比分析，做出结论；

（3）数据处理解释工作应遵守从已知到未知、从点到面、从简单到复杂、从局部到全区的原则；

（4）解释成果图件编制一般应包含有剖面图和平面图两类；

（5）最终通过过勘探区域内已知地质资料及钻孔测井资料，对比分析探测成果是否准确、有效。

5 试验成果内容

5.1 云岗矿12#层410-4皮带巷探测

5.1.1 410-4皮带巷地质概况

410-4皮带巷距51045巷107 m，煤厚平均4.07 m，同层存在小窑破坏区。现410-4 皮带巷距22 号测量点3 m 处施工一个探孔，17 m 探通小窑巷道，距22 号测量点10 m 处施工一个探孔，26.5 m 处探通无水，钻探资料可靠。因此，选取了410-4 皮带巷进行侧帮直流电法对称四极测深探测。

5.1.2 施工方法及完成工作量

本次试验施工方法采用直流电对称四极测深装置布置1条测线：1号测线A0从3 m、5 m、7 m至29 m，点距为5 m，探测长度20 m，共完成70个物理点。

5.1.3 1号测线解释成果

图1 410-4皮带巷1号测线四极测深探测成果图

根据勘探范围反演的视电阻率值进行统计分析，全区视电阻率值平均为555.7 Ω·m，标准偏差为247.5 Ω·m，划分高阻异常区背景值为638.2 Ω·m，从1 号测线探测成果图分析（见图1），共解释两处高阻异常区，1号异常区位于5 m点处附近（22号测量点）视电阻率值在708 Ω·m～930 Ω·m，最大异常区出现在纵向深度8 米至20 m 范围，分析为小窑巷道引起的高阻电性反映；2号异常区位于20 m点处附近，分析为小窑巷道引起的高阻电性反映。

5.1.4 综合解释

图2 410-4皮带巷1号测线综合探测成果图

依据1号测线综合探测成果图并结合钻探资料分析解释，见图2，1 号、2 号异常区推断为小窑巷道采空区，符合高阻反映的电性特征，已知钻探资料显示距22号测量点3 m施工了一个钻孔，17 m探通小窑巷道，综合解释1 号高阻异常区与实际钻探资料基本吻合。2号异常区附近未施工钻孔，要求矿方进行钻孔验证；2号测线采用三极超前探测效果差。

5.2 小峪矿8104切巷三极超前探测及四极测深探测

5.2.1 8104切巷地质概况

8104 工作面设计长度850 m，煤厚平均3 m 左右，8104 切巷已掘 102 m，剩余 58 m 与 2104 巷贯通，因此2104 巷、8104 切巷可作为已知空巷，开展了本次直流电法三极超前探测试验和四极测深探测试验。

5.2.2 8104切巷三极超前探测分析解释

根据勘探范围反演的视电阻率值进行统计分析，全区视电阻率值平均为505.3 Ω·m，标准偏差为169 Ω·m，划分高阻异常区背景值为560 Ω·m，从三极超前探测成果图分析，见图3，8104 切巷102 m 处掘进迎头前方65 m 范围未发现明显高阻异常区。依据已知地质资料进行综合分析，成果图对前方58 m处2104空巷未发现明显高阻异常区，与已知空巷资料不吻合。

图3 8104切巷三极超前探测成果图

5.2.3 2104巷四极测深探测成果解释

从2104 巷四极测深探测成果图分析（见图4）,2104 巷 0 m 处纵向深度 56 m～61 m 出现一高阻区，依据8104巷已知地质资料揭露显示，依据已知地质资料进行综合分析，该高阻异常为已掘8104切巷空巷电性反映，与实际吻合。

图4 2104巷四极测深探测成果图

6 结语

通过以上两个矿采用直流电法探测已知采空巷道试验成果综合分析，得出以下结论。

（1）采用直流电法四极测深探测采空区有一定效果，横向分辨率高，垂向上电性变化明显；

（2）采用直流电法三极超前探测采空区效果不好，对小窑空巷无明显反应；

（3）探测采空区应尽量选用人工稳定电场的直流电法，但井下全空间的影响会无法精准定位，需要特别高的技术水平，排除各个方向的干扰；

（4）不同试验点背景值及煤岩层电性特征不同，所以不同勘探区异常区划分的背景值应结合实际勘探区的测井资料进行校正[3-4]。