瞬变电磁法在新集一矿水文地质勘探中的应用

瞬变电磁法在新集一矿水文地质勘探中的应用（共9篇）

瞬变电磁法在新集一矿水文地质勘探中的应用 篇1

淮南新集矿区太原组承压含水层的水文地质条件,是开采山西组1号煤的关键因素.以前曾通过布设少量水文钻孔及三维地震等手段进行勘查,但因太原组含水层是岩溶裂隙型,勘查结果并不理想,其水文钻孔涌水量一般都较小,但邻近矿井在对山西组煤层试采中却发生了严重的`突水事故.为此,本次在采用地面电法勘探方法对矿区进行水文地质勘查,以划分太原组上段相对富水区域,并据此进行水文钻孔布置.由于新集一矿1号煤埋藏深度大地表存在巨厚的推覆构造,在分析该区物性资料的基础上,对瞬变电磁法的施工参数进行了试验,最终确定了线框边长、发射频率及固定增益等参数.经处理解释,初步查明勘探区1号煤下伏太灰岩的水文地质特征,结合前期地质资料分析,划定了该矿区富水区域,认为太灰岩上段的1～4灰是开采1号煤底板突水的主要威胁.

作 者：徐鲁勤 黄澎涛 马瑞华 廉江红 Xu Luqin Huang Pengtao Ma Ruihua Lian Jianghong  作者单位：徐鲁勤,黄澎涛,Xu Luqin,Huang Pengtao(中煤地质工程总公司,北京,100073)

马瑞华,Ma Ruihua(水文地质局,河北,郸邯,056004)

廉江红,Lian Jianghong(陕西工程勘察研究院物化探工程公司,陕西,西安,710068)

瞬变电磁法在新集一矿水文地质勘探中的应用 篇2

煤田采空区是在煤田开采过程中形成的,煤层被挖空使得上覆岩层的应力平衡被破坏,加上会有不同程度的充水,形成采空区相对围岩表现出高阻或低阻异常,这是瞬变电磁勘察煤田地质的前提[1]。

瞬变电磁法(TEM)正是基于此种需求下的一种重要的勘探方法。相比其它勘探方法,瞬变电磁法具有勘探深度大,分辨度高的优点,目前,已在国内得到广泛应用。

1 瞬变电磁法的基本原理

瞬变电磁法(Transient electromagnetic method,简称TEM),又称时间域电磁法。瞬变电磁法是1种时间域电磁感应方法,20世纪30年代,该方法被提出应用于地质构造上。20世纪50年代,该方法正式应用于寻找矿体。20世纪70年代,该方法应用于中国煤炭资源勘探,并在随后的几十年中得到迅猛发展。

瞬变电磁法是利用不接地回线或者接地线源向观测体发射一次脉冲,并记录观测体的感应电磁场产生电压随时间而产生的变化。随时间推移,该变化的衰减快慢及强度大小,与被观测体的介质性质及物理特性直接相关,从而判断其规模大小,特性状况等资料。由于上面两次的过程是极短暂的,所以该方法被称为“瞬变电磁法”。

瞬变电磁法的勘测结果与回线线圈的取值大小、匝数多少有关,即线圈越大、匝数越多,探测的深度就越深。

基于瞬变电磁法的工作原理,相较于某些煤炭矿区勘探方法而言,该方法具有高分辨率,探测深度大,受周围地质体干扰较小等优点。这些优点使得瞬变电磁法越发广泛的应用于煤田地质勘查工作中。

2 瞬变电磁法野外工作方法

2.1 瞬变电磁法分类

瞬变电磁法基于时间上的可分性,主要可以分为以下3种:地面动源类、地面定源类和地-井类型,下面分别介绍。

2.1.1 地面动源类

即发射系统和接收系统依点移动并观测记录结果,又可分为以下类型:a)同点类型:包括中心回线组合,同一回线组合,重叠回线组合。该类型指发射回线的中心点与接收回线的中心点重合;b)分离回线类型:发射线圈与接收线圈相隔一段距离且同时移动;c)双回线类型:因此使用步骤繁琐,使用效果不明显,故此方法极少使用,在此不做赘述。

2.1.2 地面定源类

不移动发射源,只移动接收线圈,并观测记录结果,又可分为以下类型:a)大定源组合:发射回线边长一般较长;b)偶极定源组合:发射回线边长较小。

2.1.3 地-井类

发射回线在地面敷设,在井中逐点移动探头进行观测,可以在地面开孔,也可以是在坑道中开孔。

2.2 瞬变电磁法野外工作的基本要求

a)在野外工作中使用的设备,应具有稳定的性能、良好的精度、齐全的配备,从而保证野外正常使用;b)在野外观测中,经常会遇到地下管道或铁路等金属管道,这些金属管道会造成很强的瞬变响应异常。所以在实际工作中,要尽量避开这些金属管道,不在高压电力线路附近观测,以免造成不必要的观测误差。此外,还应注意,绕线架上若有残余导线,则会在观测时产生很强的感应感,使观测结果不准确。残存导线越多,干扰越强烈。所以在野外工作中,应避免将残存导线留在绕线架上,以免造成不必要的观测误差;c)因不同观测点干扰电平的不同,所以不同观测点均需根据其干扰电平确定观测值的观测精度。所以需在每个观测点或每隔几个观测点上测量其干扰电平;d)在实际操作中,取样时间范围宽,则可提高观测速度,但不保证观测质量。同理,取样时间范围,则可保证观测质量,但降低观测速度。在实际野外操作中,最好先以点做实验。

以点做实验时,若最后几次测量读数为噪声电平,说明可用数据已经全部记录;若最后几次测量读数较噪声电平大但波动不小,说明应当加大取样时间范围及叠加次数。直到最后几次的测量读数为噪声电平为止[2]。

2.3 保证观测质量的措施

a)实际观测前,应先以点做实验,以取得合适的测量取样时间范围,叠加次数,线圈边长等;b)从观测区域中部向两端进行测量;c)记录观测数值时,可以采用记录2次或多次观测数值的平均数值做为结果进行记录,从而取得较高精度的结果;d)工欲善其事,必先利其器。使用更为先进,精度更高的仪器,现代高科技仪器都是电脑菜单控制操作,观测结果更加精准;e)在工作现场实地绘制剖面图,等值线平面图等,与观测结果互相比对,以免在撤出观测地后发现错误,无法补救;f)瞬变电磁法虽然分辨率高,但是很容易受到干扰,所以在使用该方法进行观测时,应采取一定的措施避免干扰,如加大电流强度,线圈周围无积水等以保证观测效果;g)回线边长对于能否取得良好观测结果有着很大的影响,而最佳回路边长的取得又有一定难度。其实,选择最佳回路长度的目的在于最经济的方法,在对地质体观测时,得到最大的响应。所以在观测中,如果取得很大的噪声强度,而需要缩短回线边长时,可以通过增加匝数的方法来增大响应。

3 瞬变电磁法的特点及应用范围

3.1 瞬变电磁法的特点

在脉冲间隙中进行测量的瞬变电磁法,没有一次场源的干扰,在时间上具有可分性。

不同的频率合成不同的脉冲强度,所以脉冲在相对应的时间场中地层内的传播速度也不同,观测的深度亦不同。在空间上具有可分性[3]。

因为瞬变电磁法在时间以及空间上的可分性,使其具有以下特征:a)频率域法以提高精确度来提高煤田资源勘探精度,而瞬变电磁法以提高灵敏度来提高煤田资源勘探精度,把提高精确度的问题转换为提高灵敏度的问题,以提高灵敏度来加大信噪比,从而提高勘探深度;b)高阻围岩区地形起伏大,采用原始勘探方法,易产生因地形起伏造成的勘探假异常,而采用瞬变电磁法,则可消除这种影响造成的假异常。而在低阻围岩区,瞬变电磁法采用多道观测,对于早期道造成的地形影响,也可以很好的区分;c)随着时代的发展,瞬变电磁法已从最初的单分量发展为多分量,小功率发展为大功率,以上进步,使得瞬变电磁法在煤田资源勘探中对勘探目标取得强烈的异常响应,以及日趋提高的信噪比及分辨率,形态简单,分层明显;d)相对于其它勘探方法来说,瞬变电磁法对于线圈点位、方位以及接发距离要求相对不严苛,效率较高;e)探测深度大,有一定的穿透低阻覆盖地区的能力。如采用井中瞬变电磁法,便可大幅度的降低煤矿层上覆盖层的影响,在钻孔附近具有良好的分辨能力,大大提高了发现隐伏煤矿;f)瞬变电磁法勘探的剖面勘探与测深工作是同时完成的,所得信息更确切属实。

3.2 瞬变电磁法的应用范围

基于以上特点,且随着相关工作仪器的数字化及智能化,大功率设备,正反演算数学模型以及解释水平的提高,经验的丰富,瞬变电磁法可以广泛的应用于煤炭资源勘探等众多勘探问题。

4 结语

目前,中国中东部煤炭矿床逐渐采空,浅层煤炭矿床逐渐枯竭。而西部煤田埋深大,地形复杂,但深埋煤田资源多具有高品位,小规模等特点,所以,必须要根据具体情况选择适合的勘探方法。瞬变电磁法勘探深度大,勘探分辩度高,如果再与高密度法结合使用,将在煤田资源勘探中发挥良好的效果,解决有难度的细度勘探问题。

摘要：叙述了瞬变电磁法的基本原理、野外工作方法、特点和应用范围。

关键词：瞬变电磁法,地质勘查,应用

参考文献

[1]翟裕生,邓军,王建平,等.深部找矿研究问题[J].矿床地质,2004,23(2):128-139.

[2]豆会平,魏启.脉冲瞬变电磁仪的发展现状及对策[J].石油仪器,2000,14(4):14-18.

瞬变电磁法在新集一矿水文地质勘探中的应用 篇3

关键词：瞬变电磁法（TEM）;多测道剖面曲线图;视电阻率

一、应用原理

地下地质体由于受到地应力的作用会产生节理和断层形成裂隙，裂隙充水后使其导电性增强，形成低阻体。不同低阻体在瞬变电磁仪多测道图上有不同的反应。寻找地下水的过程就是间接寻找地下含水地质构造的过程。

1、用导电模板模拟地下含水低阻构造的不同响应特征。

（1）近于直立导电模板反映特征

导电模板的不同形态和地下低电阻体的倾角有关。具体可参见下图1。

当导电模板倾角a=90°时，在瞬变电磁仪多测道剖面曲线上，导电模板表现的异常为对称于模板的双峰异常。当导电模板倾角a=90°时，虽然发射、接收回线与导电模板距离最小，但是由于发射回线产生的磁场方向与导电模板平行，不能有效的激发导电模板的二次场电流，这样就在导电模板正上方产生了低电位反应，形成对称于导电模板的双峰异常。

⑵ 倾斜导电模板反应特征

当0°≤a<90°时在瞬变电磁仪多测道剖面曲线图上，导电模板表现的异常为不对称双峰异常，导电模板倾向的一侧表现为较高的峰值异常。随着倾角的不断变小，双峰异常的不对称性将更加明显，主峰异常的峰值将不断加大。当倾角a=0°时将在板体的正上方出现近似于单峰的高值异常，如图2 所示。

这种现象产生的主要原因是：当倾角a逐渐变小时，发射回线产生的一次磁场能在导电模板内更好的激发产生感应电流，产生较强的二次磁场。当a=0时导电模板与发射回线产生的一次磁场垂直，能最大限度的激发二次磁场，产生单峰最高异常。当90°

2、根据视电阻率剖面等值线断面图确定含水构造

除了上述，根据瞬变电磁测深多测道剖面曲线图对于导电模板的不同响应特征确定地下水赋存情况，我们还可以依据瞬变电磁测深内业整理成果：视电阻率等值线断面图，确定工作区内的地质构造，达到寻找地下水的目的。

参见图3  瞬变电磁测深视电阻率等值线断面图

二、应用实例

1、在深部地热勘查中的应用

⑴工区地质概况

工作区域一带，位于老爷岭地块的张广才岭边缘隆起中北部。南东部有北东50°延展的敦密岩石圈断裂通过。受敦密岩石圈断裂左行逆冲的挤压，其南东盘相对下陷形成了中生代以来的断陷盆地。受敦密岩石圈断裂控制，自上第三纪至第四纪形成多期玄武岩浆喷发。其中敦密岩石圈主断裂控制了第三纪玄武岩，次级断裂控制了第四纪玄武岩岩浆的活动。控制第四纪玄武岩喷发的断裂是地热源的主要来源。由于该区裂隙分布不均匀，所以确定地热井位难度非常大，一旦井位错误，将给单位造成的经济损失也是巨大的。

⑵工作方法及装置参数

为了增大勘探深度、减小电磁耦合的影响，我们采用大电流、重叠回線装置测量。最大供电电流：200A，发射回线边长25m，供电脉宽10ms，采样率4μs，利用接收线圈接收测量信号。工作网度1000×250m。

⑶成果解释与分析

图4  牡丹江南部地区地热普查860线瞬变电磁测深多测道图

图4中，在475号瞬变电磁测深点附近有一个明显的双峰异常，是一个低阻地质构造的反应，结合该区860线视电阻率等值线断面图图及以往的地质资料分析得到结论：在475号测深点附近有一深部基岩构造破碎带，倾向大号点，倾角大约60度。钻探工作于900m处出现漏液情况，且岩心不完整，是构造破碎带的反应。于井深1250m发现地下热水。成井后出水量30T/h，井口水文45°。

2、在浅层找水中的应用

⑴工区地质情况

北兴农场位于七台河煤矿采空区上方，由于采矿原因，区内地表下沉，地下水含量较少，给我们的水资源勘查工作带来很大的难度。区内第四系（Q）为粘土及砂砾石层，厚30m，第三系（N）为砂、泥岩互层，厚75m，三叠系（T）为中、细砂岩与砂质泥岩。我们工作的目标：在第三系砂、泥岩互层中找到含水裂隙构造。

⑵工作方法及装置参数

由于工作区内有铁磁性物质及高压线路影响为了减小外界耦合误差、提高观测成果的可靠性，我们采用重叠回线、小线圈、大发射电流工作。具体参数如下：发射回线边长1m，最大发射电流200A，供电脉宽10ms，采样率4μs，利用接收线圈接收测量信号。

⑶成果解释与分析

图5  北兴农场水源勘察瞬变电磁测深多测道图

图6  北兴农场水源勘察瞬变电磁测深视电阻率等值线断面图

根据图5北兴农场水源勘察瞬变电磁测深多测道图可以看到，在10号测深点附近有一双峰异常，是一个低阻地质构造的反映。从图6：该剖面的瞬变电磁测深视电阻率等值线断面图可以看出有一“人：字型破碎低阻构造，位置与多测道图的双峰异常吻合。将钻孔布设在10号测深点偏西10m位置，经打钻验证于井深140米处见构造破碎带，最终井深145米，出水量20T/H。

三、结论建议

瞬变电磁法在新集一矿水文地质勘探中的应用 篇4

中心回线瞬变电磁法在煤矿采空塌陷区的探测应用

白山市杨树林煤矿附近的采空塌陷区,已对南侧铁路的正常运行构成危害,需对其进行治理,为此选用瞬变电磁法探测该采空塌陷区的范围.根据该区的施工条件,在充分实验的基础上,确定采用中心回线装置进行探测,其施工参数为发射回线边长50m;接收回线边长5m、20匝、接收线框面积500m2;供电电流50A,采样率为4μs.共布设测线3条,其中2条平行铁路,线距25、点距10m;一条垂直铁路,点距25m.依据其1线、2线及3线TEM等视电阻率剖面图的低阻异常,判定该采空塌陷区在2线的`在590～710m及3线的0～125m范围内.

作 者：王启军 胡延林 都兴锋 林向东 Wang Qijun Hu Yanlin Du Xingfeng Lin Xiangdong 作者单位：吉林省煤田地质物探公司,吉林,长春,130033刊 名：中国煤炭地质英文刊名：COAL GEOLOGY OF CHINA年，卷(期)：21(7)分类号：P631.3关键词：瞬变电磁法 中心回线 采空塌陷区

瞬变电磁法在新集一矿水文地质勘探中的应用 篇5

关键词：瞬变电磁法,巷道顶底板,含水性,电阻率

由于浅部煤炭资源的日益枯竭, 使得煤矿开采强度和深度不断增加, 开采环境也日趋复杂, 这就造成煤矿生产过程中突水事故的频繁发生。为了给煤矿井下安全开采提供可靠的地质保障, 可以利用瞬变电磁法探明工作面煤层顶底板、回采煤层及巷道前方构造赋水性状态, 结合探测结果采取针对性的防治措施。

1 矿井瞬变电磁法的工作原理及探测方法

瞬变电磁法探测技术凭借其操作简单高效性, 探测灵敏准确性, 便于携带性、与巷道掘进工作面前方异常构造耦合性好以及信噪比高。因此, 在煤矿水害探测方面得到了广泛的应用[1]。

矿井瞬变电磁法是井下利用不接地回线给巷道内布置的发射线圈施加一定的脉冲电流, 从而使回线周围空间产生一次脉冲磁场, 进而在线圈周围岩体中产生二次感应涡流场, 再利用线圈或接地电极观测二次涡流场的大小及衰减速度。最后根据二次涡流场的衰减速度与岩体导电性的关系, 判断周围岩体的结构信息, 如导电性、规模、产状等[2]。

由于井下巷道空间的限制, 矿井瞬变电磁法一般采用多匝小回线, 其装置可分为三种:重叠回线、中心回线和偶极装置。通过长期的测试与应用, 采用多匝重叠回线装置可以有效地探测隐伏含 (导) 水构造, 该装置的发射线框和接收线框分别为匝数不等且完全分离的两个独立线框, 以便与地下 (前方) 异常体产生最佳耦合响应。为探测工作面迎头前方的含水构造的发育情况, 实际测量时采用多方向及多组的数据采集, 以减小探测环境干扰数据的有效性[3,4]。

在井下巷道中水平放置发射线框与接收线框如图1所示。其探测巷道的顶底板正上方、正下方一定范围内岩体电阻率的分布情况;同理, 按一定的倾斜角度 (30°、45°) 放置发射线框和接收线框, 如图2所示。其探测的是该倾斜角度垂直对应的巷道顶底板一定范围内岩体电阻率的分布情况。最后经过数据的整理分析, 形成不同角度的电阻率剖面图, 然后结合本矿的水文地质资料进行综合分析, 预测出巷道顶板底板岩层的富水性。

2 瞬变电磁法数据处理

矿井瞬变电磁视电阻率为全空间岩层电性特征的综合响应, 瞬变电磁所观测的数据经过处理, 根据地层的电性特征, 形成了视电阻率色谱断面图, 进而进行地质解释。视电阻率的计算公式演化为:

式中:C-全空间响应系数;u0-真空磁导率;V/I-接收的归一化二次场电位场电位;S-发射线圈面积;N-发射线圈匝数;s-接收线圈面积;n-接收线圈匝数;t-二次场衰减时间。

3 工程实例

为了查明某矿1100301工作面风巷底板岩层注浆后含水性进行探测, 确定底板100m范围内的赋水异常区域, 满足探测地质任务的要求, 沿1100301工作面风巷布置测线, 三个方向 (水平方向、斜向底板上方45°方向、斜向底板下方30°方向) 探测, 该三个方向的布设能够较有效地控制所需探测范围内的岩层富水性。

数据采集完成后, 经过数据的解释处理, 画出视电阻率剖面图, 图3为1100301工作面风巷底板岩层注浆后含水性瞬变电磁向上45°、水平、向下30°侧帮超前探测视电阻率剖面图。纵坐标0点为巷道位置, 纵坐标为底板探测距离。

从图3可以看出:在纵轴上0~20m层段视电阻率值逐渐降低, 含水性有逐渐增强趋势。在纵轴上20m~30m层段, 局部视电阻率值相对变低, 说明接近一灰层位局部含水性相对较强, 具体位置在距迎头5m~35m。在纵轴上35m~60m层段视电阻率值相对最低, 含水性强, 而纵轴上35~60m层段为三灰和五灰层位, 说明三灰和五灰含水性强。在纵轴上60m~100m层段视电阻率值相对较低, 表明岩层有一定的含水性。向上45°和向下30°图揭示的视电阻率值低值异常区和水平方向对应较好, 只是异常区较宽, 此为向上45°向下30°侧帮超前穿过的灰岩区长的原因, 三灰和五灰含水性亦强。

根据探测结果, 并结合本矿井的水文地质资料, 我们可以得出:勘探段太灰普遍含水, 其中三灰和五灰含水性较强。一灰层位局部含水性相对较强, 具体位置在距迎头5m~35m。针对本分析结果, 我们可以在图3所示的低阻异常区域进行打钻验证, 要求钻孔应尽可能斜穿过异常带, 确保钻孔揭露异常, 保证工作面的安全回采。后经过矿方打钻验证本次探测结果和揭露的地质情况相吻合, 有效的预测了顶底板岩层的含水性。

5 结论

矿井瞬变电磁法观测的是纯二次场, 可以自动消除一次场对观测信号的影响, 具有对低阻体敏感, 分辨率较高的特点, 它可以探测巷道顶底板和掘进迎头前方的含水异常区以及陷落柱、断层、岩溶和裂隙发育区等构造的赋水性, 为矿井防治水害提供依据。

参考文献

[1]孔德山, 等.利用矿井瞬变电磁法探测工作面顶板岩层含水性的研究[J].矿业安全与环保, 2010, 37 (3) :31-33.

[2]杜贤军.瞬变电磁在矿井水害探测中的应用[J].科技促进发展, 2011, 2:213-226.

[3]闫勇.瞬变电磁法超前探测在矿井防治水中的应用[A].陕西省地球物理文集 (八) :深部矿井灾害源探测实践[C].2008.

瞬变电磁法在新集一矿水文地质勘探中的应用 篇6

【关键词】瞬变电磁法；巷道突水；水文勘探

1.引言

在井下煤矿开采和巷道掘进过程中，不可避免的会遇到一些威胁到井下安全的地质情况，如断层破裂带、裂隙发育区、岩溶等。这些地质构造一方面提高了煤层的开采难度，增大了开采工作量，更重要的是容易引发井下突水、冒顶等事故，尤其是井下突水事故，一旦发生就会造成灾难性的影响，对巷道、煤炭资源、电气设备甚至井下工作人员的生命安全都造成了严重的威胁。因此，必须采取有效手段，在巷道掘进过程中，超前预测前方地质构造，保障巷道安全。瞬变电磁法最早由加拿大地球物理学家提出一种矿井物探技术，经过几十年的发展，目前该技术已经逐渐成熟，并形成了一套行之有效的应用方案。该方法可较好的勘探出巷道周围空间不同形态的含水构造，且具有方向性强、分辨率高、对低阻区敏感等优点。利用该方法，可以迅速、高效且准确的超前探测巷道迎头前方赋水状态，大大减少了勘探所需的时间和工作量，节约了生产成本。

2.瞬变电磁法原理分析

瞬变电磁法利用不接地回线或接地线源在井下空降内发射一次脉冲磁场，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。通过研究二次涡旋电磁场的时空分布特征来完成探测地质构造及含水特征等任务。

瞬变电磁法具有方向性，因此在探测时令线圈法线方向对准预定的被探方向发射阶跃电流，然后利用接收线圈测量感应二次场。通过接收到的二次场的感应电动势随时间的变化特征，随后经数据的解释处理确定相关的地质特征，同时准确的圈定异常区域的距离、范围等情况。在矿井中使用该技术时，在信号探测范围内，介质岩层按电性特征的不同，各自反馈回信号响应，接收回线线圈接收到反馈后，按以下视电阻率演化公式进行计算：

该公式是在地面电磁数据处理方式的基础上，加上了全空间响应系数C的影响，从而使其适用于井下探测的数据处理；S为接收回线线圈面积；N为线圈匝数；t为二次场衰减时间；V/I为接收的归一化二次场电位场值。

3.影响因素分析

井下巷道结构多变，环境复杂，且具有较多的管道与设备，这些人工设施对测量工作带来了一定的影响，必须在数据处理阶段加以调节，抵消干扰影响，否则探测结果可能较大幅度的偏离真实值，给巷道的安全掘进埋下隐患。根据长期的勘探实践和总结，影响井下瞬变电磁法超前探测中主要人文设施有：①巷道的铁轨；②工字钢支护；③金属管路；④运输皮带支架。由以上分析可以看出，干扰源基本是由人工铺设的金属设施组成的，原因在于这些金属物件在探测装置发射出瞬变电磁场时会产生强烈的电磁响应，这些响应信号辐射至测试装置的接受线圈后，会同正常反馈的探测信号相叠加，导致信号的异常波动，从而给信号处理带来了较大的误差。

4.应用实例

（1）地质概况 矿井属于石炭二叠纪煤田，区内地势平坦。地层自上而下依次为第四系、第三系、二叠系、石炭系、奥陶系。第四系主要为浅黄、褐黄色松散的黏土夹砂层。第三系以黏土为主，上部夹砂层，下部夹钙质黏土等。二叠系为含煤地层之一，主要由泥岩、砂岩及煤层组成。石炭系主要由砂岩、泥岩、灰岩及煤层组成。奥陶系以石灰岩、泥灰岩、白云质灰岩为主。

（2）水文地质条件 由于工作面煤层埋藏较深，一般不受第四系含水层影响，主要是受煤系地层含水层以及奥陶系灰岩水影响。本次瞬变电磁勘查重点是要查明巷道掘进前方含水层和泥岩、泥灰岩互层含水层中的富水区域对巷道掘进的影响。

（3）探测结果 使用多匝重叠小回线装置形式，线圈匝数为20匝，线圈边长2m，根据井下防爆要求，发射电流采用2A，关断时间约1.5ms，64次叠加，进行了顺层方向的探测。横坐标、纵坐标为从掘进头始的超前探測距离。超前探测距离公式为：

其中：M为发送磁矩；ρ1为表层电阻率；η为最小可分辨电压。由上式可知，瞬变电磁的探测深度与发送磁矩、覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。从图1可以看出，距离迎头正前方50～75m，距离右侧侧帮25～50m范围内，视电阻率值降低；距离左侧侧帮30～55m，距离迎头45m范围内，视电阻率值降低，表明该范围内岩层电性发生变化。结合地质资料，推测该范围为老窑积水区。在掘进头继续向前掘进时顺煤层打钻，钻孔涌水，证明该范围确为积水区，探测结果得到较好验证。

5.总结

瞬变电磁法经过多年的实践摸索，已逐渐应用成熟。通过大量的实际案例证实，该方法具有探测深度较大、施工方便、探测操作简单、耗费时间短、成本可控性高等优点，尤其是其探测具有方向性的优势使得该方法特别适合于在类似井下巷道这样的狭小空间内实施勘探，较好的满足了当前煤矿水文地质勘探的需求。相信随着我国煤炭工业的不断发展，瞬变电磁法必将为我国煤矿安全生产提供更有力的保障。

作者简介

瞬变电磁法在新集一矿水文地质勘探中的应用 篇7

1 井田地质地球物理特征

井田为全隐蔽的华北型石炭、二迭系煤田。煤系以中、下奥陶地层为基底,沉积了中石炭统本溪组、上石炭统太原组、下二迭统山西组、下石盒子组,上二迭系上石盒子组,其上覆盖是第三系和第四系。井田构造为一走向北东,倾向北西的单斜构造,倾角一般5～8°,部分地层(13层煤露头部位及深部)大于10°,三维区主体为一宽缓的单斜构造形态,地层倾角一般为4～7°,浅部地段可达15°。次一级褶曲不甚发育,有三层岩浆岩侵入,构造复杂程度中等。主要断层为F15,走向北北东,倾向北西西,落差较大;另外区内还有一定数量的较小断层。井田岩浆岩侵入的厚度、范围和侵入层位较大,而且在山西、太原组煤系地层中基本形成三层侵入岩床,活动较强烈,对煤层、煤质均有相当大的影响。井田含煤地层为上石炭统太原组和下二迭统山西组,平均总厚度260.85m,井田可采煤层及局部可采煤层5层。

3702工作面底板岩层主要为粉砂岩、细砂岩,威胁7煤安全开采的主要含水层为岩浆岩含水层,当岩层裂隙发育,结构破碎且不含水时将呈现比正常岩层电阻率高的电性特征;若裂隙、构造破碎带中含矿井水,由于矿井水的矿化度较高,测量电阻率值将明显低于正常岩层的电阻率,呈现低电阻率异常特征,其低阻异常程度取决于岩层中富水程度。

在断层发育区,断层破碎带与正常地层在电性上具有明显差异,当断层破碎带不含水时,将呈现高电阻率特征,而当断层破碎带含水时,将呈现出低电阻率特征。

据此,通过瞬变电磁测深法探测煤层顶底板岩层电阻率及其变化,可以判定岩层的结构状态和富水性,这是本次瞬变电磁法探测岩层富水性的物理前提。

2 工作方法与技术

矿井瞬变电磁探测采用的仪器为加拿大PROTEM-47型瞬变电磁仪,该仪器具有抗干扰、轻便、自动化程度高等特点。数据采集由微机控制,自动记录和存储,与微机连接可实现数据回放。由于探测采用小线框,点距可以根据勘探任务要求变化。实际测量时,采用多匝线框,在巷道侧帮测量时,线框平面可根据探测任务的要求设计相应探测方向。发射线框和接收线框分别为匝数不等、且完全分离的两个独立线框,以便与地下(前方)异常体产生最佳耦合响应。若发射线框和接收线框水平放置于巷道,则探测巷道正上方顶板或正下方底板一定范围的电阻率分布;若发射线框和接收线框倾斜放置于巷道,则探测巷道侧上方顶板或侧下方底板一定范围的电阻率分布,根据电阻率分布情况推断顶板或底板岩层的富水性。

为了使探测范围能够全部或基本全部覆盖3702工作面底板富水范围,满足探测地质任务的要求,根据3702工作面实际采掘条件,在3702工作面轨道巷和运输巷各设计了90°、45°、30°(发射线圈平面法线方向与水平面的夹角)3个不同的探测方向,基本上覆盖了3702工作面底板深度100m内的范围。

本次探测轨道巷3个探测方向的点距20m,测线长度930m;运输巷点距20m,测线长度850m。矿井瞬变电磁法在井下巷道中采用多匝数小回线测量装置,通过现场试验确定装置参数为:回线边长1.5m×1.5m;回线匝数84匝;采用30门模式,重复频率25Hz;延迟时间6μs;发射电流:2.9～3.1A;测量装置选择偶极测量装置。

3 数据处理

数据处理分为预处理和解释处理。预处理包括数据转换与质量检查、极性校正、测线和测点编辑、磁场计算等(即由磁场变化率Bz/T求取Bz,Bz是磁场的垂直分量)等,解释处理包括计算全程视电阻率、一维反演计算、电阻率成像变换、拟二维电阻率剖面和电阻率顺层切片等,并将数据转换为Surfer绘图软件所需的格式,利用Surfer软件绘制TEM各探测方向二维电阻率剖面图以及电阻率顺层切片平面图。

4 成果分析

4.1 探测方向电阻率剖面图

探测方向电阻率剖面图是通过视电阻率的一维正反演,电阻率成像变换后形成的拟二维电阻率剖面图,电阻率色谱变化反映了测线沿探测方向的电阻率分布特征,并根据其分布特征进行水文地质解释。因井下巷道中金属支架和轨道的影响,反演电阻率值将小于实际地层的电阻率值,但这种影响在大部分测段具有统一性,可作为系统偏差来考虑,不影响通过电阻率的相对变化的大小进行地层富水性解释。下面以轨道巷探测方向视电阻率剖面图(图1、2、3)为例进行详细分析。

从探测方向视电阻率剖面图来看,结合已知信息,3702工作面底板富水主要是由于岩浆岩富水所致。其中相对较强富水区段为图中虚红线包围区域推测是由于岩浆岩破碎所致;中等富水区段为紫实线和虚红线中间范围;其余区段电阻率相对较高,推断砂岩富水性相对较弱。在轨道巷90°探测方向30-80米发现富水相对较强的条带1个;在轨道巷45°探测方向发现富水较强的区域4个,分别标注为A1、A2、A3、A4,但异常范围较小;在轨道巷30°探测方向发现富水较强的区域5个,大部分连续性较好,推断在该层位距离轨道巷较近的区域富水程度较高。

4.2 目的层视电阻率等值线切片图

根据各剖面图目的层电阻率的分布形态,影响3702工作面安全开采的突水威胁主要为底板的岩浆岩富水,考虑到地层倾向变化,因此电阻率顺层切片图数据取自轨道巷和运输巷各自的三个探测方向(90°、45°、30°),分别为底板下30米、60米和80米。该顺层切片图(图4)反映了岩浆岩在工作面探测范围内的电阻率分布特征,可以根据其分布特征进行水文地质解释,分析3702工作面底板下含水岩浆岩分布情况。

从3702工作面顺层切片图来看,并结合已知信息,划定了三类富水区域:蓝色曲线圈定范围为强富水区域,紫色曲线圈定范围为相对强富水范围,黄色曲线圈定范围为弱富水区域。具体在底板下30米位置,轨道巷测线点号30-37处强富水;在底板下60米位置,轨道巷测线点号点0-1、6-10、14-22、25-29这4处位置强富水,在底板下80米位置,运输巷测线点号20-27处为强富水区域。总体上来说,随着深度的加大,强富水范围逐渐向运输巷方向偏移,且深部整体富水范围较浅部为大。

结论

本次勘查以瞬变电磁法为主要技术手段,通过对其反演数据的认真分析,结合测区地质条件和钻井资料,基本查清了3702工作面底板的富水性。探测结果与钻探验证结果基本吻合,证明探测效果良好,为煤矿安全生产提供了可靠的技术支持和安全保障,说明瞬变电磁法在矿井掘进巷道前方或旁侧的含水构造及岩层的含水性探测等方面的矿井水害预测防治中具有重大的实用价值。

摘要：通过对山东某矿3702工作面底板岩层富水性的探测,介绍了瞬变电磁法在矿井水害预测防治中的应用效果。探测结果与钻探验证结果基本吻合,为井下水害预报和防治提供了可靠的技术支持和安全保障。说明瞬变电磁法在矿井掘进巷道顶底板、前方或旁侧的含水构造及岩层的含水性探测等方面具有重大的实用价值。为井下水害预报和防治提供可靠依据。

关键词：瞬变电磁法,矿井水害,超前探测

参考文献

[1]牛之琏.时间域电磁法原理[M].长沙:中南大学出版社,2007.

[2]张平松,刘盛东,李培根等.矿井瞬变电磁探测技术系统与应用[J].地球物理学进展,2011,26(3):1107-1114.

[3]刘振庆,于景邨,胡兵等.矿井瞬变电磁法在探查迎头前方构造中的应用[J].物探与化探,2011,35(1):140-142.

瞬变电磁法在新集一矿水文地质勘探中的应用 篇8

山西某煤矿公司位于某县城西北玉井镇史家屯村东附近, 该工业场地已有建筑以东场地130 m深度内可能存在采空区, 需应用物探方法查明采空区的分布规模及延伸情况, 根据野外调查、地质资料和要求的勘测深度, 选用了瞬变电磁勘测方法并结合钻孔进行验证。

瞬变电磁法的物性基础是地质体的电阻率差异, 通过研究瞬变电磁场随时间的变化规律, 可以探测大地电性的垂向变化, 探测具有不同导电性的地层分布, 发现地下赋存的与围岩有导电性差异的地质体。

2 场地工程地质条件与地球物理特征

勘测区内场地经过机械处理后地表基本平坦, 地形开阔。场区地面高程介于1 541.20 m~1 543 m之间, 相对高差约1.8 m。

根据收集到的地质及钻探资料, 勘测区地层从上至下主要为第四系马兰黄土, 第三系上新统黄土类亚粘土及含砾砂岩, 二叠系上、下石盒子组、山西组的泥岩、砂岩、煤层等, 石炭系本溪组、太原组的泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、石灰岩、铝土层及煤层等、奥陶系石灰岩等。

由于第四系覆盖层电阻率一般比较低, 特别是粘土层, 其电阻率小于10Ω·m, 一般第四系覆盖层电阻率不超过30Ω·m;煤系地层电阻率可达50Ω·m~60Ω·m, 采空区由于采空、塌陷、充填物松散、与煤系地层应有明显的电性差异;根据区域地质资料, 采空区的4号煤层以炭质泥岩为顶板、9号、11号煤层以砂岩为顶板, 且地下水位较深, 因此使采空塌陷处表现为高阻, 这就构成了应用电法勘探对采空区进行勘察的有利的地球物理前提。另外煤系地层成层分布, 且具有一定厚度, 地面开阔, 场地范围较大, 没有植被和农作物生长, 有利于瞬变电磁法收、发线框的进行。

3 现场测试

本次物探使用的仪器是中国地质科学院研制的IGGETEM-30B型瞬变电磁仪, 根据任务要求及地形的特殊性, 测线布置原则是突出重点, 加强在可疑地段的工作, 重点地段的线距、点距适当加密, 非重点地段的线距、点距适当放宽。测线、测点的布置, 以“由西向东、由南向北”的原则统一布置, 基本施工网度为10 m×20 m, 设计线距20 m, 点距为10 m。

本次探测的主要目的是查明勘测区内是否存在采空区以及采空区分布状况。根据以往类似工作经验、已知地质资料及探测深度需要, 进行野外数据采集之前, 进行了一定的试验性工作, 试验工作的主要目的是了解勘探区的地电条件、施工条件、干扰背景等, 以便选择最佳工作方法和装置参数。瞬变电磁法试验内容主要包括线框大小、发射电流、发射频率、时间参数和叠加次数等。通过试验, 确定了最佳的工作参数如下:装置类型:重叠回线;下降沿时间:30μs;发射回线:30 m×30 m×2匝;接收回线:30 m×30 m×3匝;发射电流:6 A;延时时间:100μs;叠加次数:128次;时基:20 ms。

4 瞬变电磁法资料的处理与解释

瞬变电磁法数据处理时, 首先将反演后的数据转换成Sufer成图软件要求的格式, 并由Sufer作图软件形成TEM电阻率ρt等值线断面图。根据ρt等值线断面图的分布特征和形态, 结合钻探资料解释推断采空塌陷区及其他不良地质作用的分布范围和延伸情况。

对采空区的解释推断主要以瞬变电磁法测得的不同地层电阻率分布特征为依据。本区资料的分析解释, 以区内钻井资料为基础, 以瞬变电磁法多测道电压剖面图和视电阻率拟断面图所展现的电压和视电阻率变化特征为主, 同时考虑各种干扰因素, 进行综合分析解释, 这种分析与推断遵循了从点到面的原则, 在解释过程中充分利用了已有的地质、物性资料, 借鉴了相邻地区同类勘探工程的经验。

根据以往工作采空区所表现的电性特征, 对该区测线的多测道电压剖面图和视电阻率拟断面图进行了分析, 结果如下:

8测线:从多测道电压剖面图中可见 (见图1) , 该线的早中期测道归一化电位值横向上总体比较平缓, 变化不大, 仅在桩号190 m~240 m上中晚期测道略有升高, 纵向上早中期测道归一化电位值衰减速率逐渐变大, 与地层电性特征相符, 晚期测道受背景场影响衰减较慢, 其不影响有效探测深度内的电性特征。在视电阻率拟断面图上 (见图2) , 在煤层埋深位置, 视电阻率等值线总体横向比较连续, 仅在桩号190 m~240 m深度120 m以下视电阻率等值线明显收紧, 并出现低值, 低至50Ω·m, 这与多测道电压剖面图上反映的电性特征相符。结合实际踏勘资料综合分析认为, 在桩号190 m~240 m处的异常区可能为地表附近铁磁物或采空区的反映。

9测线:从多测道电压剖面图中可见 (见图3) , 该线的早中期测道归一化电位值横向上总体比较平缓, 变化不大, 仅在桩号120 m~240 m上早中期测道略有升高, 纵向上早中期测道归一化电位值衰减速率逐渐变大, 与地层电性特征相符, 晚期测道受背景场影响衰减较慢, 其不影响有效探测深度内的电性特征。在视电阻率拟断面图上 (见图4) , 在煤层埋深位置, 浅层视电阻率等值线总体横向比较连续, 仅在桩号120 m~240 m深度130 m以下视电阻率等值线不连续, 局部等值线明显收紧, 这与多测道电压剖面图上反映的电性特征相符。结合实际踏勘资料综合分析认为, 在桩号190 m~200 m处的异常区可能为地表附近铁磁物或采空区的反映。

10测线:从多测道电压剖面图中可见 (见图5) , 该线的早中期测道归一化电位值横向上总体比较平缓, 变化不大, 纵向上早中期测道归一化电位值衰减速率逐渐变大, 与地层电性特征相符, 晚期测道受背景场影响衰减较慢, 其不影响有效探测深度内的电性特征。在视电阻率拟断面图上 (见图6) , 在煤层埋深位置, 浅层视电阻率等值线总体横向比较连续, 这与多测道电压剖面图上反映的电性特征相符。结合实际踏勘资料综合分析认为, 推测该线下方地层比较连续, 可能不含采空区。

11测线:从多测道电压剖面图中可见 (见图7) , 该线的早中期测道归一化电位值横向上总体比较平缓, 变化不大, 仅在桩号180 m~220 m上早中期测道略有升高, 纵向上早中期测道归一化电位值衰减速率逐渐变大, 与地层电性特征相符, 晚期测道受背景场影响衰减较慢, 其不影响有效探测深度内的电性特征。在视电阻率拟断面图上 (见图8) , 在煤层埋深位置, 浅层视电阻率等值线总体横向比较连续, 仅在桩号180 m~220 m深度130 m以下视电阻率等值线不连续, 局部等值线明显收紧, 这与多测道电压剖面图上反映的电性特征相符。结合实际踏勘资料综合分析认为, 在桩号180 m~220 m处的异常区可能为地表附近铁磁物或采空区的反映。

其余测线所反映规律与10号测线基本一致, 结合实际踏勘资料综合分析认为, 推测该段线下方地层比较连续, 可能不含采空区。

综上所述, 通过本次物探工作, 结合实际踏勘资料综合分析认为, 在8测线桩号190 m~240 m处的异常区, 在9测线桩号190 m~200 m处的异常区, 可能为地表附近铁磁物或采空区的反映。

5 钻孔验证

依据上述异常分析, 在异常地段布置3个130 m左右的钻探孔进行验证, 采用全断面取芯, 3个钻孔均揭露完整9号煤层, 仅3号钻孔揭露11号煤层, 钻探过程无掉钻现象。测区地质构造简单 (Ⅰ类) , 地层较稳定, 松散层覆盖厚度23 m~27 m, 其下至9号煤层顶板为砂岩、泥页岩, 9号~11号之间为砂岩, 岩体较完整, 岩芯采取率70%~90%, 砂岩RQD=75%~95%, 泥页岩RQD=50%~65%。经钻孔验证判定130 m内无采空反映, 推断此处无采空区或者采空巷道发育范围较小。

6 结论与建议

1) 通过对瞬变电磁法资料的分析和钻孔证实, 测区内130 m深度内无采空区分布, 但对小型巷道不做异常对待。

2) 应根据测区的地质资料、地电条件、施工条件、干扰背景及探测深度需要, 合理确定线框边长和最小、最大延时时间等最佳工作参数。

3) 对采空区的解释推断主要以瞬变电磁法测得的不同地层电阻率分布特征为依据, 并参考区内钻井资料, 以多测道电压剖面图和视电阻率拟断面图所展现的电压和视电阻率变化特征为主, 同时考虑各种干扰因素, 进行综合分析解释。

4) 瞬变电磁法测得的异常区域, 应辅以钻孔进行验证, 物探与钻探二者结合发挥自身方法的优势进行异常区的推断与验证。

参考文献

瞬变电磁法在煤矿防治水中的应用 篇9

关键词：瞬变电磁,煤矿防治水,应用

瞬变电磁法 (Transient Electromagnetic Methods) , 又叫时间域电磁法 (Time-Domain Electromagnetic Methods) , 简称TEM或TDEM。它是近年来国内外发展得较快、地质效果较好的一种电法勘探分支方法, 在国际上被称作是电法的二次革命。它是利用不接地回线发射一次磁场, 在一次磁场的间歇期间利用不同回线接收二次感应磁场, 该二次电磁场是由地下良导体受激励引起的涡流所产生的非稳磁场。与其它测深方法相比, 它具有探测深度大、信息丰富、工作效率高等优点。近年来, 该方法得到迅速发展, 特别是对探测低阻覆盖层下的良导电地质体取得了显著的地质效果。由于它具有垂向及横向分辨率高、受地质噪声影响较小等优点, 因此在地下水勘查领域得到广泛应用, 在国内外己取得了令人瞩目的效果。

1 应用背景

田陈煤矿属于全隐蔽式华北型石炭二迭系煤田, 地层由新到老有:第四系、侏罗系、二迭系、石炭系和奥陶系, 水文地质条件较复杂, 在整个滕南矿区较为罕见, 防治水工作异常艰巨。历史上各采区各工作面均有不同程度地出水, 水量在60-197m3/h之间, 对生产影响较大。北七采区3下7106工作面是田陈煤矿北七采区首采工作面, 也是田陈煤矿第一个综放工作面, 作为集团公司和田陈煤矿重点工程, 无论是前期的巷道施工, 还是后期的工作面回采, 均面临着大型断层水、3煤顶板砂岩水以及侏罗系砾岩水的严重威胁, 防治水任务异常艰巨。

2 北七采区概述

2.1 采区简述

北七采区为田陈煤矿下一步生产接续采区, 属于矿井水平延伸开拓。北七采区位于田陈井田最北部, 区内地势平坦, 原野广阔, 全部为第四系表土层覆盖, 东北高, 西南低。北七采区总体为向东南倾伏的单位构造, 地层走向为北东向, 地层倾角平均10度左右。采区南部受冲刷影响较大, 为3下煤无煤区冲刷边缘。本区构造复杂, 断层发育多为北东走向的高角度正断层, 落差较大。采区西北部逆断层较发育, 走向近东西, 倾角较缓。采区北部煤系地层倾角较陡, 小型断层较发育, 多为北东东向。大型断层组对该采区煤系地层的起伏影响较大。采区西部冲刷现象普遍, 残余3下煤厚2米左右;采区南部冲刷现象最为严重, 采区南部3下煤层急剧变薄以致完全冲刷。据钻探和物探资料分析, 本区不存在火成岩侵入现象。

2.2 工作面简述

首采面位于F7-28和邢寨支断层之间, 左侧为邢寨支 (H=100m) , 右侧为F-28 (H=40-110m) 和F7-27断层 (H=15m) , 中间被F7-24断层一分为二, 里段为一两翼倾角较缓 (8-22°) 的向斜构造, 轴向近80度, 形成一低洼区, 出水不能自然流出。

以上各断层和向斜构造均为三维物探查明, 其中邢寨支、F7-24和F-28等断层又被后期地面钻孔和巷道工程控制, 断层走向、落差等变化很大, 地质构造情况比原先的预计更为复杂。其中邢寨支断层原落差60米增大为100米, 同时又出现两条落差20、10米的支断层, 造成7106轨道巷被迫改造缩面;F-28断层原落差40米增大为110米;F7-24断层位置及落差均有较大变化, 并出现分支, 经打钻探明落差18-28米。因此, 7106首采面以断裂和褶皱构造为主, 总体形成一构造较为复杂的地垒构造形态, 使断层两侧3下煤层与侏罗系底砾岩的距离大大拉近, 甚至造成很多地点对口接触, 形成水文情况更加复杂的局面。

2.3 采区及工作面水文地质情况

北七采区范围内无地表河流存在, 自上而下依次发育有第四系冲积层、侏罗系砂砾岩、3下煤顶板砂岩、三灰、奥灰等主要含水层。其中第四系冲积层厚50米左右, 主要由粘土、砂质粘土、砂、砂砾等组成, 直接接受大气降水的补给, 含水丰富, 但底部为6米厚的粘土、砂质粘土层, 隔绝了上部砂层与下伏含水层之间的水力联系。侏罗系厚317.0-772.6m, 平均575.5米, 上部由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩等组成, 下部主要由砾岩组成 (22.6-99.4/73.1m) , 富水性极不均一;3下煤顶板至侏罗系底界多为中细砂岩, 局部夹砂泥岩, 厚20.1-176/93.5m, 为3煤层开采的直接充水水源, 受构造影响裂隙较发育, 富水性较强;三灰厚4-11/9m, 上距3下煤层38米左右, 含水具有明显的不均一性, 北七集中下山曾揭露三灰出水点多处, 最大涌水量35m3/h, 但很快疏干, 总体为一弱含水层;奥灰为煤系地层基底, 厚400m-500m, 为强富水含水层, 但因与3下煤层间距较大 (平均210米左右) , 基本不存在水害威胁。

综上可以看出, 对于北七采区而言, 对矿井安全生产影响较大的含水层为3煤顶板砂岩及侏罗系砂砾岩, 以下部底砾岩段富水性最强, 威胁程度最大。因此, 北七采区防治水应以侏罗系底砾岩和3煤顶板砂岩的防治作为重点。

3 下7106工作面顶底板富水带分析

7106工作面直接充水水源为3下煤层顶板砂岩, 间接充水水源为侏罗系底砾岩。3煤顶板至侏罗系底界平均78米, 以中细砂岩为主, 裂隙比较发育。7106工作面两巷自施工以来, 多次揭露顶板砂岩淋水点, 由于是掘进期间, 加之煤层较厚, 巷道距砂岩距离较远, 淋水量一般不大 (最大地点约30立方米/小时) , 但分布较密。一般情况下, 工作面回采后主要出水水源为3下煤层顶板砂岩, 初次放顶后, 侏罗系底砾岩水将通过裂隙带进入工作面, 造成较大出水, 从而取代3煤顶板砂岩成为主要出水水源。

在7106工作面范围内, 3煤顶板至侏罗系底界厚39.0-102.85/78米, 由于7106工作面为一综放工作面, 煤层平均厚7.8米, 采高大。按我矿南二采区两带观测孔得出的两带发育规律推算, 7106工作面两带高度为158米, 明显可以看出, 侏罗系底砾岩位于两带范围之内。

因此, 7106工作面极有可能在初次放顶之后出现较大出水, 从而成为该面防治水工作的关键时期和重点地段。

4 物探技术在防治水中的应用

4.1 地面物探

与西安煤科院合作, 圈定了3下煤顶、底板附近主要含水层中的含水性异常。测区内物探圈定两个异常区, 异常一在侏罗系底部砾岩层、3下煤顶板砂岩及三灰附近均明显发育;异常二主要发育在侏罗系底部砾岩岩层, 而在其余层段表现为次级异常;测区内的含水异常受构造控制, 即位于向斜构造两翼与主要断层构造交叉部位, 而轴部异常发育不明显;异常在相应部位裂隙构造发育并能对富水体现, 从异常幅度上看, 异常一区域在三个含水层段的含水相对较强;异常二区域主要在侏罗系底部砾岩中含水较强, 而在3下煤顶板砂岩层段及三灰层段的含水相对较弱;对测区内断层含、导水性进行了综合分析, 视电阻率值变化范围大, 说明其含水性相对较强, 且次生构造带比断层破碎带含、导水性更强, 一般电阻率变化不明显, 其为弱富水性。

经过地面瞬变电磁探测, 取得了较为可靠的水文地质资料, 基本查清了7106工作面内侏罗系底部砾岩层含水性异常分布情况, 3下煤顶板砂岩层含水性异常分布情况, 三灰中心界面岩层含水性异常分布情况, 断层的含导水特征, 为探放水钻孔施工地点及参数的确定提供了依据。

4.2 井下瞬变电磁探测

与徐州中矿地质工程科技开发有限公司合作, 先后于2008年10月12日和2009年01月15日在7106两巷及切眼利用瞬变电磁法探测顶板及巷道两侧富水性两次, 基本查明了工作面里段顶板富水性分布情况, 为工作面探放水设计的制定提供了依据。

4.3 两次物探资料的处理

利用计算机辅助绘图系统, 在采掘工程平面图上, 分别把地面瞬变电磁物和井下瞬变电磁的探结果绘制在图纸上, 其中交集的部分为重点探水区域。后经证实, 在7106工作面范围内, 存在两个3下煤层顶板砂岩和侏罗系底砾岩富水区, 一个位于工作面里段切眼附近, 另一个位于工作面中间地段F7-24断层附近, 其中尤以工作面里段切眼附近区域富水性最强。

4.4 防治水工程情况

利用瞬变电磁法技术查明3下7106工作面顶板富水性情况, 在工作面平面图上确定富水异常区具体位置, 提出探放水钻孔的设计建议, 为工作面防治水工作提供技术资料。

根据瞬变电磁法探测出的富水异常区具体位置编制《北七采区3下7106工作面的防治水方案》及《钻孔设计说明书》, 为钻探施工提供技术支持。钻机队根据《北七采区3下7106工作面的防治水方案》及《钻孔设计说明书》组织施工探放水钻孔, 切实做好工作面顶板砂岩水及侏罗系砾岩水的探放、疏放工作, 为工作面的安全生产从本质上消除隐患并提供技术保障。

通过上述措施有效地消除或降低水害威胁, 提高采区工作面防水抗灾能力, 杜绝突水淹井事故发生, 关系到职工的切身利益和矿井安全。

4.5 物探技术在防治水中的应用特点

具有施工方便、测地工作简单、能有效地指导防治水的工作方向, 工作效率高及地质效果、疏水效果好等特点。

5 经济效益额的计算依据及社会效益说明

5.1 经济效益额

如果不实施此项目, 工作面回采前, 需要“扇形”全覆盖式进行打钻探测。由于本项目的实施, 提出工作面异常富水区, 钻探可以有针对性的开展工作, 共少施工钻机硐室10个, 少施工钻孔30个 (工程量为4 500米) , 节省用工900个, 节省材料若干, 合计节省资金76.4万元。详见下表。

5.2 社会效益

通过该项目, 合理对北七采区3下7106首采工作面顶板砂岩水及侏罗系砾岩水的富水性进行了综合分析, 科学合理编制探放水设计, 本着“有疑必探”的原则, 对砾岩水采取疏放降压等措施, 在确保安全的前提下, 尽量减少对生产的影响, 做到安全生产两不误, 最终达到实现安全生产之目的。

6 推广情况

在北七采区首采工作面7106运输巷、轨道巷和切眼、7108工作面进行了广泛的应用, 取得了良好的效果。在不耽误巷道正常掘进, 工作面正常回采的前提下, 施工了多个探放水钻孔, 初步摸清了砾岩的富水性, 收集整理了有关砾岩的一些水文资料, 为下一不水文地质工作的开展垫定了基础, 消除了水害的威胁, 为工作面的安全回采提供了技术保障。

7 结论

(1) 瞬变电磁探测技术勘探手段恰当, 原始数据采集质量较高, 资料处理、解释、分析较合理。

(2) 报告提交的成果可信度较高, 对该采区下一步防治水工作具有一定的指导作用。

(3) 根据本物探资料及附近矿区相近的地质条件尽可能提供定量的经验分析。

(4) 具有施工方便、测地工作简单、能有效地指导防治水的工作方向, 工作效率高及地质效果、疏水效果好等特点。