多层采空区综合物探方法研究
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1 瞬变电磁法探测采空区的地球物理学特征 当煤层未被采动时 , 地层一般具有成层性和完 整性 , 在 小 区 域 内 , 同 一 地 层 的 电 性 差 异 不 会 太 大 ,电性分 布 横 向 上 相 对 均 一 。 当 煤 层 被 采 动 后 , 会产生自然的顶板冒落现象 , 顶板一定范围内岩石 垮落松散 , 在采煤边界 , 由于采空影响 , 岩层被剪 切破坏 , 采空上方的岩层会产生沉降 , 采煤边界会 产生裂隙带 。 煤层被整体开采情况下 , 顶板上方地 层会产生整体 相 对 均 匀 沉 降 ; 当 煤 层 被 凌 乱 开 采 , 保留煤柱较多时会产生不均匀沉降 。 在瞬变电磁法 中 , 电阻率 是 表 征 煤 以 及 围 岩 性 质 的 重 要 物 理 参 数 , 围岩和煤的电阻率变化是根据成分 、 结构及所 含水分等因素的改变 , 而在较大范围内变化 。 煤层采动 后 , 地 下 大 致 会 出 现 两 种 状 况 : 其 一 , 就是采动区顶板垮落 , 采空区为坍塌物和空气 充填 , 无水或水很少 , 这种情况下一般采空空间的 电阻率较围岩高 ; 其二 , 就是采动区顶板垮落 , 采 空区为坍塌物和水充填 , 由于水的充填 , 将导致采 空空间的电阻率较围岩低 。 其实煤系地层中所含水 的导电性直接影响着岩层电阻率 。 当陷落柱或断裂 带中充水时 , 由于水的导电性好 , 会在视电阻率剖 面上呈现局部低阻的情况 ; 当发育构造含水量较少 甚至不含水时 , 导电性变的很差 , 局部的电阻率值 会偏高 。 以岩石导电性差异的地球物理学特征为基 础 , 在纵向和横向上的变化规律 , 能够充分地为矿 井瞬变电磁法探测提供良好的实际应用条件 。 2 应用实例 2 . 1 仪器及参数选择
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多层采空区综合物探方法研究 *
曹 静 岳建华 刘 英
( ) 中国矿业大学资源与地球科学学院 , 江苏省徐州市 ,2 2 1 1 1 6 摘 要 随着开采条件的复杂化 , 煤层会存在 2 层或 2 层以上的采空区 。 为探查多层采 空区存在条件下 , 预防煤层突水事件的发生 , 通过在山西朔州某矿区 4# 煤层与 9# 煤层的地 面勘探数据分析 , 研究瞬变电磁法对多层采空区的响应特征 。 经对数据进行处理 , 绘制视电 阻率平面图 、 断面图 , 结合地质资料和钻孔资料 , 并且与直流电法图件进行比较 , 可以推断 出 9# 煤层采空区的富水性强弱 。 探测结果 表 明 , 瞬 变 电 磁 法 在 地 面 探 测 多 层 采 空 区 具 有 一 定的效果 , 是解决煤矿水文地质问题的一种快捷 、 高效 、 安全勘查方法 。 关键词 地面瞬变电磁 探测 多层采空区 水文地质 中图分类号 P 6 3 1 文献标识码 A
十 二 五”国 家 科 技 支 撑 计 划 课 题 * 基 金 项 目 : “ ( ) S Q 2 0 1 2 B A J Y 3 5 0 4
多层采空区综合物探方法研究 *
Leabharlann Baidu
流电法 、 瞬变电磁 、 重力 、 可控源音频大地电磁法 等方法 , 但对于富水性以及风氧化带的探测 , 有效 的方法还是 电 法 类 , 也 就 是 直 流 电 法 、 瞬 变 电 磁 、 可控源音频大地电磁法 。 瞬变电磁法对含水体非常 敏感 、 受 地 形 影 响 小 、 探 测 深 度 中 等 、 施 工 效 率 高 , 为本次勘探的最优选择 。 采空区对瞬变电磁的 传播具有排斥作用 , 地面探测表现为高阻现象 ; 反 之 , 若采空区含水时则表现为低阻现象 。 本文结合 山西朔州某矿区地表采空区探测实例 , 针对多层采 空区的瞬变电磁反应的特点 , 总结分析了瞬变电磁 法对多层采空区探测的可行性与有效性 。 对于测区 内人文干扰大的地区采用直流电法进行综合解释 。 4 7
, , C a o J i n Y u e J i a n h u a L i u Y i n g g
( , , S c h o o l o f R e s o u r c e s a n d E a r t h S c i e n c e s C h i n a U n i v e r s i t o f M i n i n &T e c h n o l o y g g y , , ) X u z h o u J i a n s u 2 2 1 1 1 6 C h i n a g , b s t r a c t i t h t h e c o m l e x i t o f m i n i n c o n d i t i o n s t h e r e m a h a v e 2 l a e r s o r m o r e i n o a f A W p y g y y g t h e c o a l s e a m. I n o r d e r t o r e v e n t t h e c o a l s e a m w a t e r i n r u s h u n d e r t h e c o n d i t i o n o f m u l t i l a e r -p p y ,b e x i s t i n a s e d o n t h e d a t a a n a l s i s o f 4# a n d 9# c o a l s e a m i n s o m e m i n e o f o a f r o u n d g y g g , , S h u o z h o u S h a n x i t h e a e r r e s e a r c h e s t h e r e s o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f t r a n s i e n t e l e c t r o m a n e t i c p p p g , o n m u l t i l a e r a r e a. A f t e r t h e d a t a d r a w i n t h e a a r e n t r e s i s t i v i t m e t h o d o b r o c e s s i n l a n - y g p p y g p g p , a n d s e c t i o n r o f i l ec o m b i n i n w i t h t h e e o l o i c a l d a t a &d r i l l i n d a t a a n d c o m a r i n w i t h t h e D C p g g g g p g t h e w a t e r a b u n d a n c e d e r e e i n t h e 9# s e a m c a n b e i n f e r r e d. T h e r e s u l t i n m a o a f r o s e c t i n - g p, g p p g , d i c a t e s t h e t r a n s i e n t e l e c t r o m a n e t i c m e t h o d h a s a c e r t a i n e f f e c t i n d e t e c t i n t h e m u l t i r o u n d - g g g , , l a e r o a fa n d i t i s a f a s te f f i c i e n t a n d s a f e r o s e c t i n m e t h o d t o s o l v e m i n e h d r o e o l o i c a l y g p p g y g g r o b l e m s . p , ,m , K e w o r d s r o u n d t r a n s i e n t e l e c t r o m a n e t i c r o s e c t i n u l t i l a e r o a f h d r o e o l o g - g p p g y g y g g y y 随着煤炭资源的开发 , 煤炭的开采条件变得越 来越 复 杂 , 地 形 的 起 伏 , 煤 系 地 层 中 的 断 层 、 褶 曲 、 隐伏导水裂隙带 、 陷落柱等地质异常 , 周围小 煤窑曾无规律开采留下的问题 , 这些都对煤矿的正 常开采构成威胁 。 煤矿开采过后形成的采空区常有 积水存在 , 给矿井 安 全 生 产 带 来 极 大 的 安 全 隐 患 , 因此 , 及时查清煤矿采空积 ( 富 ) 水情况进行探放 水工作 , 排除安全隐患保证煤矿安全生产是十分必 要的 。 探测采空区的地球物理方法可以采用地震 、 直
R e s e a r c h o f c o m r e h e n s i v e e o h s i c a l r o s e c t i n m e t h o d f o r m u l t i l a e r o a f - p g p y p p g y g
仪器 选 用 澳 大 利 亚 联 邦 工 业 研 究 院 生 产 的 T e r r a T EM 瞬变 电 磁 仪 , 由 于 勘 探 区 内 地 形 条 件 复杂 , 地表起伏较大 , 有高压线和村庄 , 因此在施 工前进行了 试 验 工 作 , 最 终 采 用 4 0 m×4 0 m×2 匝的同一回线 装 置 , 其 发 射 电 流 6~8 A, 关 断 延 ,2 。 同时还选用法国 可变 ) 时0 . 0 5m s 5 6 次叠加 ( s s c a l R 2直 流 电 法 仪, 此 仪 器 测 量 数 据 稳 定, 特 y 别是在大极距供电情况下 , 稳定性也很好 。 勘探区 内瞬变电磁法 测 线 、 测 点 依 照 线 距 4 0 m、 测 点 距 2 0m 的方格网 布 置 , 直 流 电 法 的 测 点 布 置 根 据 瞬 变电磁探测时 人 工 干 扰 情 况 确 定 , 为 了 便 于 对 比 , 直流测点从设计的瞬变电磁测点中选择 。 2 . 2 测区内地质资料与钻孔资料概况 井田位于管 涔 山 东 麓 , 地 表 大 部 为 黄 土 覆 盖 , 基岩出 露 较 少 , 呈 现 为 中 低 山 丘 陵 地 貌 。 纵 观 矿 区 , 沟壑纵横 , 梁峁绵延 , 植被稀少 , 总体地势呈 南北高 , 中间低 , 西高东低趋势 , 主要由两沟三梁 组成 , 梁面较平缓 , 沟谷崎岖 , 以北西向为主 , 次 为北东向 , 呈树枝状 , 以 “ U” 型谷为主 。 井 田 东 部为露天煤矿排土场 , 为人工堆填形成 , 较原始地 形有 3 0~5 0 m 高差 。 现根据井田范围内生产 实 际 揭露情况并结合钻孔揭露及邻区资料 , 对井田内地 层由 老 至 新 分 述 如 下 : 奥 陶 系 中 统 上 马 家 沟 组 ( ) 、 石炭系中统本溪组 ( 、 石炭系上统太 O 2 s C 2 b) ) 、二叠系下统山西组 ( ) 、二叠系 原组 ( C 3 t P 1 s 、上第三系上新统 ( 、 下统下石 盒 子 组 ( P 1 x) N 2) 、第 四 系 全 新 统 第四 系 中 上 更 新 统 ( Q 2+3) ( ) 。 井田范围内 含 煤 地 层 为 石 炭 系 上 统 太 原 组 Q 4 和二叠系下统山西组 。 表 1 给出了往年此地区煤层 的钻孔资料 。