高密度电阻率法在承压水导升高度探测中的应用

张志武

(山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250114)

我国煤田的水文地质条件复杂，水灾事故时有发生，且具有破坏性大、抢救难度大以及损坏周期长等特点，因而水害也被归为矿井的五大灾害之一[1-3]。工程中矿井的水文探测对于矿井活动的安全进行具有重大意义。由于矿井地下岩石的导电性与其含水性相关，因此矿井水文探测方法在选择上主要以电法勘探为主，高密度电阻率法由于具备测点密度大、效率高以及可以得到更多电信息等优点，被广泛应用于地球物理探测[4-6]。文章主要通过利用高密度电阻率法进行矿井承压水导升高度的动态监测，通过对现场数据的分析从而为相关数值模拟提供符合现场实际的水压施加点及水头压力值。

1 地质概况

在实际应用中，选定山东省某矿井的3501工作面进行探测。该工作面地处于矿井西翼的东部，位于-300 m井底车场南侧，工作面向南100 m左右以及东部、西部、北部均以断层为界。3501工作面煤层结构简单且稳定，工作面宽度约4 m，沿倾向长约90～110 m，走向长约480 m，煤层厚度平均5.5 m，煤层倾角为8～18°。

由于地处含水层，3501工作面水文情况较为复杂，该处的含水层在垂向上的分布具有鲜明分带特性，且含水层基本为静储量，钻探过程中在煤层底板处均有水流涌出。在对巷道电测异常区域进行施工钻孔时发现，两钻孔的平均涌水量分别约为4.7 m3/h和6.9 m3/h，涌水持续时间较长。

2 探测方法的选择

为了精确且连续的监测煤层底板岩层承压水的导升高度，同时考虑到煤岩性质及其裂隙中的含水性，采用常高密度电阻率法进行矿井的水文勘探。与传统电阻率法及其他方法相比，高密度电阻率法改进了测定方式，可以同时反映地下一定深度岩石水平方向及垂直方向上岩性的变化规律，具有效率高、测点密度大以及采集的数据准确等特性，因而应用最广泛[7-8]。

3 布置方法

根据该矿3501工作面的巷道布置情况，决定在工作面进、回风巷沿巷道布置测线，如图1所示。进、回风巷分别以Y2和H1为起点，相邻测点间距为6 m，沿巷道测线长度共布置80个测点，测线长度476 m，隔离系数N最大为15，工作面切眼处以Y2为起点，相邻测点间距为6 m，沿工作面倾向长度共布置19个测点，测线长度108 m，最大隔离系数N为5。在本实验测定中，采用SR-4型数字电法仪对高密度电阻率法测定的数据进行采集。

图1 3501工作面工程布置平面图

4 结果分析

4.1 进风巷测定结果分析

根据测定结果绘制如图2(a)所示的排列视电阻率的断面图及比值Ts断面图，该电阻率断面图主要反映底板处电阻率的分布情况。

由图2(a)可以看出，当电极间距为60～300 m的范围内时，剖面较为一致，电阻率的变化较为均匀，除了部分巷道的积水导致较低的电阻率外，其值大约都在80～120范围内，此时的承压水自然导升高度约为-68 m。在图2(b)中的比值断面图中，在220～240 m的范围内也显示出低值区，承压水自然导升高度约为-40 m，该范围的视电阻率高于50，认为在指定的勘测范围内，此区域比相同深度的回风巷有较低的含水性。而从图中可以看出，除此处之外的其他区域得到的视电阻率普遍高于100，证明该底板的岩层基本不含水。

图2 进风巷不同排列方式成像断面图及比值断面图(图中描粗曲线为电阻率低值异常区)

4.2 回风巷测定结果分析

根据测定结果绘制了α排列视电阻率断面图及Ts断面图，如图3所示。

由图3(a)可以知道，在反映煤层及其底板电性特征的极距范围内，电阻率的值都在95以上，且几个小断层内没有出现低电阻率的情况，说明该处为不含水层。当电极间距在235～255 m范围时，该处的电阻率值出现异常，表现为45以下，显然这是由于巷道内含水所导致。因此由上述分析可以判断出，该岩层承压水自然导升高度约上升到距离煤层底板49 m处。在判断底板岩层的含水及其承压导升情况时，发现在180～250 m的x坐标范围内的电阻率值小于35，而该区域内Ts比值断面图也表现为低值异常，如图3(b)粗线所示，从而判断该低阻区距离煤层底板约30 m。电阻率低阻区通常与煤岩层的含水性的出现有很大关联，由上述的分析可以判断，在回风巷勘探区域的局部岩层有较强的含水性，且承压水自然导升高度较高，在实际的开采掘进中应特别注意。

图3 回风巷不同排列方式成像断面图及比值断面图(图中标红曲线为电阻率低值异常区)

5 结 语

本文采用高密度电阻率法，通过布置测定方案对承压水高度进行了现场勘测，通过对测定得到的高密度电阻率成像结果的分析，得出以下结论：

1) 与传统电法相比，高密度电阻率法可一次性布设电极无需更换，同时可设定多种电极排列参数，从而获得丰富的电信息结构，结合本文的分析结果来看，证明该方法适合进行承压水导升高度的探测。

2) 通过对现场探测结果的图像分析可知，岩层的含水情况可通过探测区域的电阻率异常情况进行判断，从而确定岩层含水性的强弱，为实际的开采掘进提供依据。

3) 现场探测结果分别得到了进、回风巷中电阻率异常区的范围，从而确定了该处承压水自然导升高度距煤层底板的位置，在实际煤层开采过程中可有效避免水灾事故的发生。