3303工作面内构造情况及顶板含水层组水文物探成果报告

2 3303工作面概况及地球物理特征

2.1 3303工作面概况

2.1.1 3303工作面位置及四邻关系

3303工作面西南为3301工作面采空区，工作面皮带顺槽与3301工作面采空区最近距离为5m；3303工作面东北为3303上工作面采空区，两者被DF55断层所分隔；3303工作面以北为3305工作面，两者中间以黄桥断层和DF53断层为界；工作面切眼以东距离孙氏店支1断层最近为52m。

2.1.2 3303工作面顶底板岩性特征

3303工作面直接顶为粉细砂岩，老顶为中砂岩，直接底为泥岩，老底为粉细砂岩互层。顶底板岩性特征如下表所示：

表2-1-1 煤层顶底板岩性特征表 顶底板 名 称 岩石 名称 厚度（m） 岩 性 描 述 灰白色,厚层状，以石英为主，长石次之，含少量暗色矿物，钙泥质胶结，较硬，中至粗粒，分选性一般，发育大型斜层理，层间夹镜煤条带或粉砂岩、页岩薄层，局部呈透镜状，高角度裂隙发育，富水性不均一，是3下煤层的直接充水含水层。岩石等级为Ⅲ级，普氏硬度系数f=7～９。 老 顶 中砂岩 15.01-40.2 30.99 直接顶 粉细砂岩 3.72-6.50 4.65 深灰色，质较均匀，仅局部夹有细砂岩薄层,断口平坦，具水平波状层理，含较多植物叶片碎屑化石及炭化植物化石，并含黄铁矿条带菱铁质结核，多具错动挤压现象，少具裂隙，且被方解石脉充填，局部岩芯破碎。岩石等级为Ⅱ级，普氏硬度系数f=3～7。 直接底 泥岩 0.28-0.97 0.54 深灰色～灰黑色，缓波状层理，以粘土质为主，含粉砂，块状及薄层状结构，参差状、阶梯状断口，含较多植物根部化石。岩石等级为Ⅰ级，普氏硬度系数f=1～3。 老 底 粉细砂岩互层 灰~深灰色，以细砂岩为主，夹薄层粉砂岩条带，呈互层12.5-16.1 状，具波状及浑浊状层理，岩芯破碎较严重。并具明显14.13 的破碎与挤压现象。岩石等级为Ⅲ级，普氏硬度系数f=7～９。 - 2 -

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2.1.3工作面地质构造特征

该区域构造类型中等，主要表现为断层。

工作面顺槽及切眼掘进中共揭露影响掘进及回采的断层共有10条（其中F10断层在回采范围以外），均为正断层。断层的出现使煤层的连续性变差，造成回采时割顶割底，降低回采率，影响回采进度。回采过断层期间，要制定相应措施，加强工作面支护，确保安全。

表2-1-1 巷道揭露断层产状表 构造名称 F1断层 F2断层 F3断层 F4断层 F5断层 F6断层 F7断层 F8断层 F9断层 F10断层 走 向 （°） 59 189 55 200 172 166 185 226 204 106 倾 向 （°） 149 99 145 110 82 76 95 316 114 16 倾 角 （°） 54 65 45 65 45 27 32 70 49 63 性 质 正断层 正断层 正断层 正断层 正断层 正断层 正断层 正断层 正断层 正断层 落 差 （m） 3.0 3.8 0.7 1.5 2.0 1.2 ＞4.5 8.0 3.5 2.0 对回采的影响 较大 较大 小 较小 较小 较小 大 大 较大 较小 2.1.4 水文地质情况及防治水措施

根据该工作面所处区域以往物探及钻探等水文地质成果资料分析，该工作面水文地质条件中等，影响回采的含水层主要有三灰含水层、3水层；影响回采的导水通道可能主要为孙氏店支1断层。

（1）含水层水文概况

三灰含水层为裂隙承压间接含水层，根据该工作面区域钻孔资料分析，三灰含水层与3下煤层间距为47.73～48.52m，平均48.1m。前期在330东翼采区泵房门口处施工三灰含水层探查孔，终孔水量2.7m3/h，终孔水压1.6MPa， 3下煤距离三灰含水层垂距41.6m。该区域三灰含水层水量、水压较小。

3

下

下

煤层顶板砂岩含

煤层顶板砂岩含水层是属于裂隙承压充水含水层，该含水层厚度大、裂

隙发育，补给条件差，富水性中等，以静储量水为主，分布不均一。预计工作面回采后，随着采空区顶板垮落，会造成顶板砂岩涌水，表现为工作面后采空区出水，给回采造成一定影响。

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（2）涌水量分析

据相邻3305工作面及3301工作面回采期间涌水量情况分析，随着工作面的回采，导水裂隙带的发育可能导致顶板砂岩水涌出。据3303上工作面掘进期间，实测正常涌水量为5m3/h，预计3303工作面回采期间正常涌水量约8m3/h；根据3305面切眼施工的3下煤层顶板基岩厚度探查孔，最大涌水量约30m3/h，3301工作面回采期间局部突出涌水量为12m3/h，预计3303工作面最大涌水量为50 m3/h。

2.2地球物理特征

理论上讲，干燥的岩石、石油和空气的电阻率为无穷大，但实际上岩石孔隙、裂隙总是含水的，并且随着岩石的湿度或饱和度的增加，电阻率急剧下降。然而，水分含量相同的不同岩石的电阻率可能有很大差别，其原因在于水分有不同的矿化度。这样，断层的电阻率不仅取决于断层本身的大小，更取决于断层的破碎程度及其含水的饱和度；岩层的电阻率不仅取决于干燥岩石本身的电阻率，更取决于岩石的含水饱和度。一般来说，含水断层和岩层的电阻率远小于不含水周围围岩的电阻率，这也是电法评价断层和含水层赋水性的物理依据。

具体到本次物探项目，在构造内部相对破碎，在不充水的情况下，构造区域比周围围岩视电阻率值要高，当构造内部赋水的情况下，则视电阻率值比围岩要低，通过寻找低阻异常区域，根据视电阻率值得大小，来判断构造内部的富水性。

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3工作方法、工作量及原理

3.1工作方法选择

根据本探测目的，主要为查明工作面内构造发育情况、构造内部富水性及顶板富水情况，以此选择通过坑透和矿井瞬变电磁两种物探手段进行超前探查。

3.2工作量

自2015年12月至2016年1月，共完成2248m瞬变电磁顶板探测和1400m工作面无线电波透视探测任务。

3.3瞬变电磁探测原理

3.3.1矿井瞬变电磁法基本原理

瞬变电磁法或称时间域电磁法（简称TEM），它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小； 而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。在电导率为σ，磁导率为μ

0

的的均匀各相

同性大地表面附设面积为S的矩形发射线圈，如图3-3-1所示。在回线中供以

巷道左侧帮>5m巷道掘进头探测方向巷道左侧帮Tx发射线圈巷道右侧帮Rx接收线圈发射线圈探测方向接收线圈巷道右侧帮的阶跃脉冲电流。在电流断开之前，发射电流在回线周围的大

地和空间建立起一稳定的磁场。在t=0时刻，将电流突然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。一次场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场，使空间磁场不会立即消失。由于介质的欧姆损耗，这一感应电流将会迅速衰减，这种迅速衰减的磁场又在其周围的地下介质中感应出新的强度更弱的涡流，这一过程场继续下去，直至大地的欧姆损耗将能量消耗完为止。这便是大地中的瞬变电磁过程场，伴随这一过程场存在的电磁场就是大地的瞬变电磁场。

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