綜合物探技術(shù)在泰華煤業(yè)50104 工作面中的應(yīng)用

劉健

（河北煤炭科學(xué)研究院有限公司 河北省礦井物探工程中心，河北 邢臺(tái) 054000）

本次綜合物探探測(cè)地點(diǎn)為神木市泰華煤業(yè)有限公司50104 工作面，為查明該工作面內(nèi)部及外圍一定范圍內(nèi)的巖層富水情況，尤其是周邊老空區(qū)內(nèi)的富水情況，為將來(lái)該工作面的回采工作提供一定的數(shù)據(jù)及技術(shù)支持，2021 年10 月，河北煤炭科學(xué)研究院有限公司地質(zhì)物探中心對(duì)該地區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)。

1 勘查區(qū)主要情況

1.1 地質(zhì)概況

勘察區(qū)為瀑河一級(jí)支流西水泉溝谷流域，地處低山區(qū)。北部、西部、南部3 面環(huán)山，地勢(shì)高，中部及東部地勢(shì)低。北部山峰海拔為700 ～800 m，最高峰802 m；西部山峰海拔為650 ～750 m，高峰754 m；南部山峰海拔為800 ～1000 m，最高峰臥龍峰海拔1047 m。最低處在北門村附近，為溝谷下游匯入瀑河處，海拔為465 m。北部、西部、南部3 面山峰多呈北西向，或北東向排列，總體上呈“兩山夾一溝”地形。

區(qū)內(nèi)地形切割強(qiáng)烈，相對(duì)高差大，溝谷發(fā)育，這樣的地形分布特征，總體上控制了區(qū)內(nèi)地表水、地下水流動(dòng)系統(tǒng)特征，即大氣降水、地下水從西面、北面、南面向中間匯聚入西水泉溝谷后，沿西水泉溝谷從西北向東南流，最終流入瀑河。

1.2 地層巖性

勘察區(qū)由老到新，從西北向東南，依次出露有太古界、元古界、中生界和新生界地層。

1.2.1 太古界

太古界變質(zhì)巖分布在勘察區(qū)北部。

遷西群（Arqn2） 巖性主要為透斜長(zhǎng)角閃巖夾透輝巖、蛇紋大理巖、斜長(zhǎng)變粒巖、淺粒巖，頂部夾麻粒巖。

1.2.2 元古界

勘察區(qū)出露元古界地層，包括長(zhǎng)城系（Ch） 和薊縣系（Jx），分布在中部干溝門—山灣子一帶。巖性主要為灰?guī)r、白云巖、砂巖、石英砂巖及頁(yè)巖等。

常州溝組（Chc）：巖性下部主要為灰白、灰紫色薄—厚層狀砂礫巖，中—粗粒石英砂巖，斜層理發(fā)育；中部主要為灰黑、灰黃色薄層粉砂巖夾黑色頁(yè)巖及中厚層石英巖狀砂巖；上部主要為乳白色、灰紫色厚層狀細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖，局部含鐵。

串嶺溝組（Chch）：巖性主要為雜色薄層粉砂巖、頁(yè)巖，夾薄層石英砂巖，下部含褐鐵礦及赤鐵礦鮞粒。

團(tuán)山子組（Cht）：巖性主要為含燧石短條帶砂泥質(zhì)白云巖，灰質(zhì)白云巖夾粉砂質(zhì)頁(yè)巖，鈣質(zhì)頁(yè)巖。

大紅峪組（Chd）：灰白、褐黃色石英砂巖、含硅質(zhì)條帶白云巖夾頁(yè)巖，具動(dòng)水波痕。

高于莊組（Chg）：分四段。一段(Chg1)，巖性主要為雜色含錳白云巖，白云質(zhì)灰?guī)r夾鈣質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)頁(yè)巖，含疊層石；二段(Chg2)，巖性主要為深灰-棕褐色中厚-厚層狀微含錳白云巖夾含錳頁(yè)巖、石英砂巖，含疊層石；三段(Chg3)，巖性主要為淺灰、深灰色薄-中層白云質(zhì)灰?guī)r，具硅質(zhì)或泥質(zhì)條帶；四段(Chg4)，巖性主要為深灰色厚-巨厚層瀝青質(zhì)白云-灰?guī)r，含燧石條帶及團(tuán)塊，具貓眼狀構(gòu)造。

楊莊組（Jxy）：巖性主要為灰白、紫紅、磚紅色薄層狀泥砂質(zhì)白云巖；底部為灰白色含燧石角礫白云巖。

霧迷山組（Jxw）：分四段。一段(Jxw1)，巖性主要為灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、燧石條帶白云質(zhì)灰?guī)r、燧石條帶灰質(zhì)白云巖夾砂質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r及紋層狀藻白云巖；二段(Jxw2)，巖性主要為灰質(zhì)白云巖、白云巖及藻紋層白云質(zhì)灰?guī)r夾大量燧石條帶白云質(zhì)灰?guī)r，疊層石白云質(zhì)灰?guī)r；三段(Jxw3)，巖性主要為灰質(zhì)白云巖為主夾少量藻紋層白云質(zhì)灰?guī)r及小型柱狀疊層石白云質(zhì)灰?guī)r，下部含較多燧石條帶；四段(Jxw4)，巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖及藻灰質(zhì)白云巖為主夾大量燧石條帶白云質(zhì)灰?guī)r、燧石條帶灰質(zhì)白云巖。

1.2.3 中生界

勘察區(qū)出露中生界地層包括：侏羅系（J），分布在東部。

髫髻山組（J2t）：底部巖性主要為巖屑凝灰?guī)r；中上部主要為灰綠、灰紫色安山巖，安山質(zhì)、英安質(zhì)熔角礫巖，夾火山碎屑巖，粗面巖及凝灰質(zhì)砂巖。

后城組（J2h）：下部巖性主要為紫灰、綠灰色厚層狀安山質(zhì)礫巖夾薄層砂巖；中部主要為紫、紫褐、褐灰色含礫砂巖；上部主要為灰、灰褐色礫巖，砂巖，夾磚紅、灰綠色泥質(zhì)粉砂巖，粉砂質(zhì)泥巖。

1.2.4 新生界

勘察區(qū)出露新生界地層包括：第四系上更新統(tǒng)（Q3al） 和全新統(tǒng)（Q4al+pL），主要分布在溝谷緩坡地帶。

第四系上更新統(tǒng)（Q3al）：以沖積物為主，巖性主要為褐黃色黃土狀土夾含砂礫黃土狀土。主要分布在西水泉河下游西水泉—會(huì)州城一帶，地處河谷或山麓緩坡地帶，構(gòu)成河流的Ⅰ級(jí)階地，厚7 ～15 m。

第四系全新統(tǒng)（Q4al+pL）：以沖積、洪積物為主，巖性主要為砂卵礫石，含亞砂土層，主要分布在西水泉河谷地帶。厚度為5 ～15 m。西水泉水源地一帶厚10 ～12 m。

2 探測(cè)方法及原理

在正常環(huán)境下，有很多因素會(huì)影響到地下巖層巖石的電阻率，主要是巖石的礦物組成成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖石的空隙、裂隙發(fā)育程度和含水性等。重要的造巖礦物如云母、石英、長(zhǎng)石等硅酸鹽類礦物的電阻率達(dá)到了106 Ω·m 以上，所以礦物骨架的電阻率是非常高的，對(duì)巖石的電阻率變化起主要作用的是巖石的含水性、空隙裂隙發(fā)育程度及水的礦化度。

據(jù)此，采用四極電測(cè)深探測(cè)技術(shù)，可查明該地區(qū)地下一定范圍內(nèi)的巖層富水情況，對(duì)探測(cè)控制范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件做出科學(xué)評(píng)價(jià)。

3 工作布置及工作量

根據(jù)探測(cè)目的、地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，不同探測(cè)方法選用最佳工作設(shè)計(jì)和施工。

3.1 瞬變電磁技術(shù)

此次瞬變電磁工作采用加拿大GEONICS 公司的PROTEMCM瞬變電磁儀。工作現(xiàn)場(chǎng)接收、發(fā)射框間距10 m，發(fā)射頻率25 Hz。發(fā)射框尺寸1 m×1 m，接收線框?yàn)?D 線框。積分時(shí)間15 s，數(shù)據(jù)采集采用30 門。探測(cè)范圍為50104 整個(gè)工作面，設(shè)計(jì)測(cè)點(diǎn)間距10 m，具體探測(cè)角度如圖1 所示，共完成多角度測(cè)線長(zhǎng)1940 m。

圖1 井下瞬變電磁探測(cè)角度示意Fig.1 Underground transient electromagnetic detection angle

3.2 無(wú)線電波坑道透視技術(shù)

此次坑透工作采用中煤科工集團(tuán)重慶研究院WKT-E 型無(wú)線電波透視儀，發(fā)射頻率選用0.5 MHz，探測(cè)范圍為50104 整個(gè)工作面。該工作面長(zhǎng)970 m，沿回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷分別布置發(fā)射點(diǎn)20 個(gè)，共計(jì)40 個(gè)。發(fā)射點(diǎn)間距50 m，每個(gè)發(fā)射點(diǎn)接收15個(gè)點(diǎn)，接收點(diǎn)間距10 m，接收點(diǎn)共計(jì)約600 個(gè)。

3.3 主要技術(shù)措施和質(zhì)量評(píng)述

為了采集到高質(zhì)量的第一手資料，確保資料的可靠性，嚴(yán)格按照《煤田電法勘探標(biāo)準(zhǔn)》 《無(wú)線電波坑道透視規(guī)范》 （企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），采取如下技術(shù)措施。

（1） 增加測(cè)點(diǎn)密度。無(wú)線電波坑道透視技術(shù)布置發(fā)射點(diǎn)時(shí)保證各發(fā)射點(diǎn)之間間距50 m，各接收點(diǎn)之間的間距為10 m，在另一巷的扇型對(duì)稱區(qū)間接收15 個(gè)點(diǎn)（巷道兩端除外），以確保采面內(nèi)各物理測(cè)點(diǎn)有2 次以上覆蓋?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量期間，復(fù)測(cè)率達(dá)到100%，復(fù)測(cè)誤差＜5%，數(shù)據(jù)真實(shí)、有效，符合《規(guī)程》要求。

（2） 瞬變電磁法觀測(cè)的是二次瞬變場(chǎng)，二次瞬變電場(chǎng)采集數(shù)據(jù)信噪比的增加能對(duì)地下特征物的位置、形狀和特征給出更詳細(xì)和更準(zhǔn)確的判斷。為排除巷道內(nèi)干擾，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作中采取以下技術(shù)措施：①縮小發(fā)射線框尺寸，將2 m×2 m 方形線框改裝成1 m×1 m 線框，避免水管和電纜橫穿線框情況的出現(xiàn)；②發(fā)射和接收線框放置時(shí)，盡量躲開各類金屬物，最大限度地減少各種金屬體對(duì)電磁波的吸收；③巷道內(nèi)電纜在測(cè)量期間采取停電措施，以減少周期性環(huán)境噪音的影響。

4 資料成果解析

4.1 無(wú)線電波坑道透視

圖2 為50104 綜采工作面無(wú)線電波坑道透視實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)解析曲線圖，圖中橫坐標(biāo)為接收點(diǎn)位置，縱坐標(biāo)為實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值H（dB）。依據(jù)坑透實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)的強(qiáng)弱，此次無(wú)線電波坑道透視探測(cè)未發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常體。

圖2 50104 綜采工作面無(wú)線電波坑道透視實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)曲線Fig.2 Field strength curve measured by radio wave tunnel perspective in No.50104 fully mechanized face

4.2 瞬變電磁

經(jīng)室內(nèi)TEMINT 專用解析軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)的分析處理，繪制出50104 綜采工作面瞬變電磁探測(cè)電阻率對(duì)數(shù)等值線斷面圖，如圖3、圖4 所示，圖中曲線為電阻率對(duì)數(shù)等值線，不同色界代表視電阻率相對(duì)高低，數(shù)值越小，視電阻率越低，富水性相對(duì)越強(qiáng)。

圖3 50104 工作面瞬變電磁視電阻率等值線斷面圖Fig.3 Transient electromagnetic apparent resistivity contour map of No.50104 face

圖4 50104 工作面瞬變電磁視電阻率等值線斷面圖Fig.4 Transient electromagnetic apparent resistivity contour of No.50104 face

此次瞬變電磁沿探測(cè)方向有效解析距離為120 m，盲區(qū)20 m。在探測(cè)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)相對(duì)低阻異常區(qū)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在神木市泰華煤業(yè)有限公司50104 綜采工作面的綜合物探技術(shù)探測(cè)工作可以看出，采用綜合物探技術(shù)對(duì)工作面內(nèi)部及外圍一定范圍內(nèi)巖層的富水情況探測(cè)成果明顯，準(zhǔn)確率高，通過(guò)對(duì)瞬變電磁技術(shù)及無(wú)線電波坑道透視技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)和數(shù)據(jù)的后期整理分析，可以準(zhǔn)確的判斷出在50104 工作面內(nèi)部及外圍一定范圍內(nèi)沒有明顯的相對(duì)低阻異常區(qū)，很好的了解了勘察區(qū)一定范圍內(nèi)巖層的富水情況，為后期該工作面的回采工作的開展提供了重要的技術(shù)依據(jù)。