大定源瞬變電磁法在陜西某煤礦中的應(yīng)用

王 濤，李長江，高定州

(北京探創(chuàng)資源科技有限公司，北京 100071)

0 引言

在陜西某煤礦2401工作面上部存在采空區(qū)，局部低洼處可能存在積水，對2401工作面巷道掘進構(gòu)成了一定威脅。目前精度比較高的探測手段主要為鉆探技術(shù)，但是通過鉆探探測效率低、成本高，對于采空區(qū)邊界的確定比較困難。而通過地球物理探測技術(shù)手段，雖然存在多解性，但是可以達到高效探測，精度相對較高，費用低。瞬變電磁法在對采空區(qū)的富水情況的探測中，是比較有效的方法之一。

1 方法選擇

在縱向上，電法數(shù)據(jù)可以準確地體現(xiàn)各種深度的地層綜合電性特點，但是在地表和土壤結(jié)構(gòu)復(fù)雜的條件下，通常較難實現(xiàn)良好的綜合電性劃分。在橫向上，對于同樣的層位來說，在進行煤層開采之后，它們的電性和能量特點就會隨著富水性呈現(xiàn)出不同的變化。當(dāng)采空區(qū)不含水時，視電阻率相對于未開采煤層會更高；而當(dāng)采空區(qū)含水時，由于一般采空水礦化度較高，視電阻率會顯著下降，這是本次地面電法勘探的地球物理基礎(chǔ)。

本區(qū)大部分區(qū)域為第四系松散層覆蓋，僅在溝谷等低洼地帶存在基巖出露，區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育，地形復(fù)雜。根據(jù)測區(qū)的地形條件和地質(zhì)任務(wù)，本次地球物理勘探工作選用對含水層反應(yīng)比較好的瞬變電磁法進行，用以完成本次物探工作的各項任務(wù)。

2 野外試驗

瞬變電磁法選用中心回線裝置，Smarttem24瞬變電磁儀。為了取得較好的探測效果，針對瞬變電磁發(fā)射電流及發(fā)射線框大小進行試驗，選擇能滿足本次地質(zhì)任務(wù)的電流及發(fā)射線圈邊長參數(shù)，分別作了500 m×900 m和500 m×500 m發(fā)射線框邊長的8 A和5 A發(fā)射電流試驗工作。

圖1是同一測點的不同電流及發(fā)射線框情況下的瞬變電磁法二次電位衰減曲線，如圖1(a)所示，500 m×500 m發(fā)射線圈的衰減曲線的尾支出現(xiàn)跳躍，后期數(shù)據(jù)質(zhì)量差；如圖1(b)所示，500 m×900 m發(fā)射線圈尾支穩(wěn)定，數(shù)據(jù)質(zhì)量有保障。本次勘探使用5 A發(fā)射電流(1號線)也可以探測到目的層，但考慮到本區(qū)存在大量高壓線，且地表起伏較大，被第四系松散覆蓋層覆蓋，為保障發(fā)射電流的信號達到目的層，確定本次勘探采用電流為8 A(2號線)的信號，以保證有效的探測深度。

圖1 瞬變電磁法二次電位衰減曲線

3 處理成果分析

3.1 解釋依據(jù)

2401工作面上部為2號煤層采空區(qū)，根據(jù)上部采空區(qū)煤層底板起伏情況(工作面整體南高北低)分析，采空區(qū)局部低洼處可能含有積水，并可能對2401運輸巷掘進有影響。根據(jù)采空區(qū)與圍巖電阻率的變化分析地下目標區(qū)域的富(導(dǎo))水性。富水性強的巖石視電阻率值相對低。

3.2 典型剖面分析

根據(jù)瞬變電磁結(jié)合地質(zhì)解釋依據(jù)和原則，下面選取典型測線剖面L25、L29兩條測線進行重點分析。根據(jù)2401工作面區(qū)域地質(zhì)資料以及測區(qū)內(nèi)鉆孔工作面綜合柱狀圖分析，測區(qū)內(nèi)，每條測線140～220 m處為預(yù)留煤柱，L0～L4與L42～L48共12條測線下方煤層未開采，2號煤層位于4號煤層上部，2401工作面所含煤層為4號煤層。測線L25、L29兩條測線視電阻率斷面圖中，黑色實線為未開采的2號、4號煤層底板等高線，黑色虛線為已開采完畢的的2號煤層底板等高線。

圖2是2401工作面L25測線瞬變電阻率斷面圖?？v觀整個電阻率斷面圖，在橫向40～360 m、海拔標高775～850 m的視電阻率呈相對低阻異常分布，推測為富水異常區(qū)。

圖3是2401工作面L29測線瞬變視電阻率斷面圖，可以看出，2號煤層底板等高線自小樁號端向大樁號端方向上升，煤層底板標高在海拔800～860 m變化?？v觀整個電阻率斷面圖，橫向0～460 m，標高650～800 m的視電阻率呈帶狀分布，可見地層連續(xù)不間斷，推測無含水異常。

圖2 2401工作面L25線瞬變電阻率斷面圖

圖3 2401工作面L29線瞬變電阻率斷面圖

通過以上典型剖面分析，經(jīng)過大量數(shù)據(jù)的對比分析，按照上述原則，對2401工作面的49條測線的視電阻率斷面圖進行解釋分析，劃出各測線的異常點分布。

3.3 水文地質(zhì)分析

測區(qū)含水層根據(jù)地下水埋藏條件和含水介質(zhì)，區(qū)內(nèi)地下水可分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶水三大類型。砂巖、石灰?guī)r在電性上呈現(xiàn)高阻反映，但在同一深度，巖溶裂隙發(fā)育的砂巖、石灰?guī)r相對含水性好，其視電阻率值低于裂隙不發(fā)育的砂巖、石灰?guī)r，以此為基礎(chǔ)，來尋找煤系地層巖層富含水異常區(qū)。根據(jù)已知地質(zhì)資料，抽取2號煤層底板等高線標高的電阻率值作水平切片圖，采空積水異常在該電阻率等值線圖中呈相對低阻異常顯示。結(jié)合已知水文地質(zhì)資料，同時配合電阻率斷面圖，去偽存真，實現(xiàn)采空積水異常的識別與區(qū)域整體輪廓圈定。

3.4 結(jié)果分析

結(jié)合地勢與水的運動規(guī)律，綜合測區(qū)地球物理場整體背景，根據(jù)電阻率斷面圖與已有資料，在該平面圖上圈定了3處相對低阻異常區(qū)。綜合水平切片圖分析2401工作面頂板上覆煤巖層富水性，主要的相對低阻區(qū)域分布在測區(qū)的L23～L26的40～360 m以及測區(qū)L35～L39的0～60 m。其中北部低阻異常區(qū)域較小，根據(jù)2號煤層采空區(qū)實測標高，采空區(qū)北部區(qū)域南高北低，呈單斜構(gòu)造，采空區(qū)積水從2201回風(fēng)巷、2203運輸巷防水密閉墻排水管路中排出，故北部低阻異常區(qū)域不劃為采空區(qū)積水引起的低阻異常區(qū)域。

經(jīng)礦方鉆探驗證，中部異常區(qū)存在少量積水，提前排放，并在后期開采過程中，未發(fā)生采空區(qū)突水事故，因而證明了此次物探工作的有效性。

4 結(jié)語

通過此次工程證明大定源瞬變電磁法勘探在煤層采空區(qū)富水性探測上效果較佳，為煤礦的安全回采提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。另外，與其他物探方法相比，工作效率更高、勘探深度更大。今后還要繼續(xù)加強地形起伏、地下電磁場分布規(guī)律的研究，提高預(yù)測準確度。