直流電法在注漿中探查與應(yīng)用

直流電法在注漿中探查與應(yīng)用摘要：以白莊煤礦9801工作面為研究對(duì)象，采用直流電法對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)探測(cè)結(jié)果圈定異常區(qū)，并對(duì)異常區(qū)進(jìn)行注漿改造。通過(guò)對(duì)比注漿前后異常區(qū)的視電阻率變化，分析得出此次對(duì)異常區(qū)的注漿效果較好，達(dá)到了預(yù)期注漿的目的，證明了直流電法檢驗(yàn)注漿效果的可行性。關(guān)鍵詞：直流電法；工作面底板；注漿改造；異常區(qū)直流電法具有抗干擾能力強(qiáng)，施工效率高，能直接反映地電體的特征等特點(diǎn)，其豐富的裝置類型和成熟的理論技術(shù)能夠滿足不同類型的勘察任務(wù)。為了檢驗(yàn)注漿的效果，本文以白莊煤礦9801工作面為研究區(qū)域，利用直流電法探測(cè)9801工作面注漿前后底板五灰、奧灰相對(duì)富水情況[1-5]，為煤礦安全生產(chǎn)提供保障1．工程實(shí)例工區(qū)概況白莊煤礦9801工作面位于肥城市沙莊村以南，地面整體為一片向東北方向緩抬升的農(nóng)田，工作面范圍內(nèi)有一條小路。地面標(biāo)高：+81.33~+85.85m。該區(qū)域?yàn)?430m水平9800采區(qū)東翼首采工作面，位于9800東翼泄水巷以南，9803工作面（形成通風(fēng)系統(tǒng)）以西，八采區(qū)泄水（回風(fēng)）巷、9800集中皮帶以東。該工作面上覆8煤層采空區(qū)，相鄰工作面8803、8805、8807工作面于2014至2016年回采結(jié)束，8煤層采空區(qū)與9煤層間距為5.8~9.6m，平均7.8m。8煤層采空區(qū)以上30.1m為7煤層采空區(qū)，9煤層下方4.5m為10Ⅱ煤層。水文地質(zhì)條件9801工作面煤巖層整體呈單斜構(gòu)造，走向86°~113°，傾向356°~23°。工作面煤巖層傾角較平緩，在1°~6°之間，平均3°。工作面回采范圍內(nèi)巷道揭露兩條不導(dǎo)水正斷層，落差0.6~0.8m，回采過(guò)程中有可能揭露其他隱伏構(gòu)造。該工作面上覆7、8煤層均已回采完畢。8煤層工作面回采過(guò)程中證實(shí)上覆7煤層采空區(qū)無(wú)老空積水；上覆8煤層回采結(jié)束后，出現(xiàn)滯后出水一處（8807工作面），最大水量為90m3/h，經(jīng)注漿封堵后殘流水量為20m3/h。9801工作面注漿改造期間，對(duì)上覆8煤層采空區(qū)殘流水進(jìn)行封堵，現(xiàn)無(wú)殘流水。8煤層采空區(qū)面后設(shè)有專用泄水巷，實(shí)現(xiàn)自然泄水，9801工作面不受老空水威脅。工作面回采范圍內(nèi)掘進(jìn)巷道揭露兩條落差分別為0.6m及0.8m的不導(dǎo)水正斷層，附近100m范圍內(nèi)無(wú)導(dǎo)水構(gòu)造，不存在巷道或者回采破壞斷層防水煤柱現(xiàn)象。9801工作面回采期間不受斷層水害威脅。該工作面五灰含水層厚2.2~7.0m，平均4.1m；上距9煤層底板24.9~36.9m，平均29.2m。注漿改造前五灰含水層最大突水系數(shù)為0.121MPa/m。奧灰與五灰層間距為4.1~9.6m，平均6.2m；上距9煤層底板33.2~47.9m，平均39.5m。注漿改造前奧灰含水層最大突水系數(shù)為0.148MPa/m。地球物理特征9801工作面底板巖層主要由粉砂巖、砂巖、泥巖、灰?guī)r和煤層等組成，成層性較好，其電阻率與巖性對(duì)應(yīng)，具有較好的規(guī)律性，不同巖層電阻率存在較明顯差異。如果巖層破碎并富水，則其導(dǎo)電性增強(qiáng)，電阻率降低。下伏的五灰、奧灰等灰?guī)r含水層，不富水時(shí)電阻率很高，如果巖溶裂隙發(fā)育且富水，灰?guī)r的電阻率將大幅度降低。因此應(yīng)用直流電法技術(shù)進(jìn)行底板富水性探查具有較好的物性條件。2．直流電法物探布置2.1基本原理直流電法是以煤巖層之間的電阻率差異為物理前提，在了解煤巖層電阻率及其影響因素的基礎(chǔ)上，開(kāi)展對(duì)礦井的電法探測(cè)工作[1]。其原理是將直流電源的兩端通過(guò)埋設(shè)地下的兩個(gè)電極向大地供電，在地面以下的導(dǎo)電半空間建立起穩(wěn)定電場(chǎng)[2-4]。該穩(wěn)定電場(chǎng)的分布狀態(tài)決定于地下不同電阻率的巖層（或礦體）的賦存狀態(tài)，從地面觀察穩(wěn)定電場(chǎng)的變化和分布，可以了解地下的地質(zhì)情況[5]。2.2施工設(shè)計(jì)本次直流電法探查數(shù)據(jù)采集在工作面軌道、運(yùn)輸順槽進(jìn)行，注漿前后，分別在巷道底板依次布置電極和電法測(cè)線，采用AM裝置，電極距5.5m，共布設(shè)2站，第一站布設(shè)電極52個(gè)，第二站布設(shè)電極52個(gè)，共布設(shè)電極104個(gè)，測(cè)線總長(zhǎng)度561m。每次數(shù)據(jù)采集都進(jìn)行了2次以上的重復(fù)采集，保證了數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。3．結(jié)果分析直流電法數(shù)據(jù)采集工作完成后，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與處理，得到注漿前后視電阻率剖面圖（圖1、圖2）。為了更直觀地了解各區(qū)域巖石視電阻率的變化情況，坐標(biāo)系選取9801工作面軌道順槽K4點(diǎn)后5.5m處為平面直角坐標(biāo)系原點(diǎn)（0，0），沿9801軌道順槽方向指向9801切眼為X軸正向，垂直9801軌道順槽指向9801運(yùn)輸順槽為Y軸正向，在此基礎(chǔ)上來(lái)觀察注漿前后異常區(qū)的變化。注漿前，五灰段相對(duì)低阻區(qū)以視電阻率值小于30Ω·m為基礎(chǔ)圈定，分析得出該工作面五灰視電阻率相對(duì)低異常區(qū)3個(gè)；奧灰段相對(duì)低阻區(qū)以視電阻率值小于35Ω·m為基礎(chǔ)圈定，分析得出該工作面奧灰視電阻率相對(duì)低異常區(qū)3個(gè)。分析如下：五灰異常區(qū)如圖1（1）所示，其中1號(hào)異常區(qū)位于X=18~81m、Y=6.5~33m，對(duì)應(yīng)于9801軌道順槽導(dǎo)線點(diǎn)K5點(diǎn)前10m到K6點(diǎn)后28.5m之間，長(zhǎng)度約63m，視電阻率值<30Ω·m。2號(hào)異常區(qū)位于X=79~94m、Y=68~84m，對(duì)應(yīng)于9801運(yùn)輸順槽導(dǎo)線點(diǎn)C13點(diǎn)后11.5m到C13點(diǎn)后26.5m之間，長(zhǎng)度約15m，視電阻率值<30Ω·m。3號(hào)異常區(qū)位于X=140~192m、Y=11.5~84m，對(duì)應(yīng)于9801運(yùn)輸順槽導(dǎo)線點(diǎn)C12后1m處到C10點(diǎn)之間，長(zhǎng)度約52m，視電阻率值<30Ω·m。奧灰異常區(qū)如圖1（2）所示，其中1號(hào)異常位于X=19.5~82m、Y=4~35.5m，對(duì)應(yīng)于9801軌道順槽導(dǎo)線點(diǎn)K5點(diǎn)前8.5m處到K6點(diǎn)后29m之間，長(zhǎng)度約62.5m，視電阻率值<35Ω·m。2號(hào)異常區(qū)位于X=78~94m、Y=68~84m，對(duì)應(yīng)于9801運(yùn)輸順槽導(dǎo)線點(diǎn)C14后19.5m處到C13點(diǎn)前12m之間，長(zhǎng)度約16m，視電阻率值<35Ω·m。3號(hào)異常區(qū)位于X=136~199m、Y=8.5~84m，對(duì)應(yīng)于9801運(yùn)輸順槽導(dǎo)線點(diǎn)C12點(diǎn)后6m處到C10點(diǎn)前6.5m之間，長(zhǎng)度約63m，視電阻率值<35Ω·m?？傮w來(lái)看異常區(qū)位于X=18~91m、Y=4~35.5m；X=78~94m、Y=68~84m；X=136~199m、Y=8.5~84m范圍內(nèi)，視電阻率值相對(duì)低的范圍較大。注漿后，五灰段相對(duì)低阻區(qū)以視電阻率值小于15Ω·m為基礎(chǔ)圈定，分析得出該工作面五灰視電阻率相對(duì)低異常區(qū)2個(gè)；奧灰段相對(duì)低阻區(qū)以視電阻率值小于24Ω·m為基礎(chǔ)圈定，分析得出奧灰視電阻率相對(duì)低異常區(qū)1個(gè)。分析如下：五灰異常區(qū)如圖2（1）所示，其中1號(hào)異常區(qū)位于X=13~108m、Y=7~56m，對(duì)應(yīng)于9801軌道順槽導(dǎo)線點(diǎn)K5點(diǎn)前15.5m到K6點(diǎn)后55m之間，長(zhǎng)度約108m，視電阻率值<15Ω·m。2號(hào)異常區(qū)位于X=145.5~171m、Y=39.5~80.5m，對(duì)應(yīng)于9801運(yùn)輸順槽導(dǎo)線點(diǎn)C12前4.5m處到C11點(diǎn)前15m之間，長(zhǎng)度約25.5m，視電阻率值<15Ω·m。奧灰異常區(qū)如圖2（2）所示，該異常區(qū)位于X=30~118m、Y=9~67m，對(duì)應(yīng)于9801軌道順槽導(dǎo)線點(diǎn)K5點(diǎn)后1.5m處到M6點(diǎn)后10.5m之間，長(zhǎng)度約88m，視電阻率值<22Ω·m。注漿后，異常區(qū)總體位于X=13~118m、Y=7~56m；X=145.5~171m、Y=39.5~80.5m范圍內(nèi)。工作面內(nèi)視電阻率較低的范圍明顯減小。對(duì)比注漿前后工作面切片圖，可以發(fā)現(xiàn)五灰、奧灰低阻異常區(qū)明顯減少，并且工作面總體視電阻率值明顯降低，說(shuō)明注漿后巖層電阻率增大。4結(jié)論（1）注漿前，對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行直流電法探測(cè)可以有效探測(cè)出底板巖層相對(duì)賦水情況，從而指導(dǎo)注漿工作的開(kāi)展，極大地提高注漿效率。（2）注漿后，通過(guò)對(duì)比注漿前后視電阻率的變化，發(fā)現(xiàn)注漿處理后研究區(qū)域電阻率值顯著增強(qiáng)，低阻異?；鞠?，說(shuō)明此次注漿對(duì)工作面底板改造效果顯著，注漿效果較好。（3）實(shí)踐證明，應(yīng)用直流電法探測(cè)技術(shù)，檢測(cè)工作面底板含水層注漿改造質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)注漿隱患，對(duì)隱患區(qū)域進(jìn)一步進(jìn)行注漿加固，確保注漿改造效果，防止底板五灰、奧灰突水，為煤礦安全生產(chǎn)提供了保障?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】［1］李飛，張永超，連會(huì)青，等.掘進(jìn)工作面直流電法超前探測(cè)技術(shù)問(wèn)題探討[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2020，48（12）：250-256.［2］溫英明，溫亨聰，郭純.礦井矩陣電極探測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].煤礦安全，2021，52（1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