瞬变电磁法在玉泉煤业超前探测中的应用.pdf

1 7 8 童 媳曩 斜枝 2 0 16 年 第 8 期 瞬变电磁法在玉泉煤业超前探测 中的应用 李明山 山西阳泉盂县玉泉煤业有限公司， 山西盂县 0 4 5 1 0 0 摘要 “ 物探先行 、钻探验证 、化探 跟进” 的综合探 测程序 已成 为矿 井防治水一项 重要制 度。煤矿井下巷道超前探 测 的物探 方法较 多，本文介绍 了瞬 变电磁法在井下超前探测 中的工作原理和方 法，及其在 玉泉煤业巷道掘进超前探 测的应 用 成果。 关键 词 瞬变电磁 法矿 井防治水超 前探 测 中图分类 号P 6 3 1 ． 3 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ．i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ．2 0 1 6 ． 0 8 ． 0 7 6 T r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c me t h o d i n y u q u a n c o a l mi n e t h e a p p l i c a t i o n o f a d v a n c e d d e t e c t i o n Li M i n g s h a n s h a n x i y a n g q u a n Y u C o u n t y y u q u a n c o a l c o ． ， L T D． ， s h a n x i Y u C o u n ty 0 4 5 1 0 0 Abs t r a c t ” Fo l l o w u p”g e o p h y s i c a l p r o s p e c t i n g ，d r i l l i n g a h e a d o f v a l i d a t i o n ，g e o c h e mi c a l e x p l o r a t i o n o f c o mp r e h e n s i v e d e t e c t i o n p r o g r a m h a s b e c o me a mi n e wa t e r p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l o f a n i mp o r t a n t s y s t e m． Th e c o a l mi n e r o a d wa y o f g e o p h y s i c a l e x p l o r a t i o n o f a d v a n c e d d e t e c t i o n me t h o d s i s mo r e ， t h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e wo r k i n g p r i n c i p l e o f t h e t r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c me t h o d i n a d v a n c e d d e t e c t i o n o f u n d e r g r o u n d a n d me t h o d s ， and i t s a p p l i c a t i o n i n y u q u a n c o a l r o a d wa y d r i v a g e a p p l i c a t i o n o f a d v a n c e d d e t e c t i o n r e s u l t s ． Ke y wo r d s t r an s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c me t h o d p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l o f m i n e wa t e r a d v a n c e d d e t e c t i o n 山西 阳泉盂县玉泉煤业有限公司位于盂县县城 南 8 k m，2 0 1 0 年由原东庄头煤矿、万泉煤矿 、玉泉 煤矿、龙凤煤矿、大花沟煤矿、兴寨煤矿兼并重组 整合而成的高水害高瓦斯矿井。目前玉泉煤业处于 基建阶段。整合前属于小煤矿开采 ，造成资料严重 不全，采空区边界及富水情况不清 ，对矿井的安全 生产造成重大威胁，因此，巷道掘进必须坚持 “ 有 掘必探 ， 先探后掘”的防治水原则 ， 实行 “ 物探先行、 钻探验证 、化探跟进”的综合探测程序，玉泉煤业 采用瞬电磁法进行巷道超前探测 【 1 】 ， 取得较好效果， 为煤矿超前地质预报提供科学依据。 1 地质概况 1 ． 1地层 井田东西长约 3 k m，南北宽约 2 k m，矿区面积 6 ． 5 7 4 9 k m2 ，开采深度 9 8 0 ～ 8 2 0 m标高。井 田位于 沁水煤 田北东部 ，属沁水块坳缘翘起带 ，井 田大面 收稿 日期 2 0 1 6 0 4 2 8 作者简介李明山 1 9 6 7 ，男，四川资阳人，工程师，1 9 9 0 年毕业 于湘 潭矿业 学院 现 湖南科技 大学 ，水文地质 与工程地 质专业 ， 现任山西阳泉孟县玉泉煤业有限公司防治水副总，长期 从事煤矿防治水工作。 积为黄土覆盖 ，局部有基岩出露。井田地层有奥陶 系中统上马家沟组 、峰峰组 ，石炭系中统本溪组， 石炭系上统太原组，二叠系下统山西组 、下石盒子 组及第四系中上更新统、全新统。 主要可采煤层为太原组 8 ≠ } 、9 ≠ } 、1 5 煤层，整 合前井 田内9号煤层已几乎全部开采 8 号煤层被 破坏 ，1 5 号煤层已进行了大范围开采。 1 ． 2构 造 区内构造多呈北东走向之褶皱，岩层倾角一般 为 o 1 0 。 ，断层均为正断层，落差不大，最大落差 井下发现为 2 0 m，一般落差为 5 ～ 1 5 m，断层 走向为北东向或东西向，井 田内共发育陷落柱 3 2 个 ，大部分分布在井田的南部和西部。 1 ． 3 含 水层 井田内主要含水层有 奥陶系石灰岩岩溶裂隙 含水层 、太原组灰岩砂岩岩溶裂隙含水层、二叠系 山西组砂岩裂隙含水层 、二叠系下石盒子组砂岩裂 隙含水层、第四系砂砾含水层。 1 奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层。岩性主要 为厚层状石灰岩 ，普遍有被水侵蚀溶解现象 ，局部 溶洞裂隙发育，奥灰水水位标高约 5 3 5 ～ 5 3 8 m。 2 0 1 6年第 8 期 童 撼晨 舭 1 7 9 2太原组灰岩、砂岩岩溶裂隙含水层。太 原组含有三层石灰岩和多层中细粒砂岩含水层，自 下而上分别为四节石灰岩 K 2含水层、钱石灰岩 K 3 含水层和猴石 K 4含水层。K 2 ． K4 灰 岩 层含水层平均厚度 1 4 ． 3 m，其 中K4 含水层平均厚 4 m， K 3 含水层平均厚 1 ． 6 m， K2 含水层平均厚8 ． 7 m， 富水型弱 ． 中等。 3 二叠系山西组砂岩裂隙含水层。山西组 含砂岩层数多 ，厚度大，但裂隙发育程度差，属弱 含水层。 4二叠系下石盒子组砂岩裂隙含水层。下 石盒子组主要含水层为 K8 、 K9 、 K1 2 砂岩， 为孔隙、 裂隙含水层 ，多出露地表，含水多以泉水形式排泄， 富水性弱。 5 第 四系砂砾含水层。主要 由第 四系亚砂 土夹中砂或卵砾石组成 ，厚度 0 - 1 5 m，主要接受地 表降水和季节性河流侧向补给，含水性较强。 2 瞬变电磁法基本原理与工作方法 2 ． 1 瞬变电磁法基本原理 瞬变电磁法 T E M 是利用不接地回线或电极 向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极 观测 由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电 磁场的空间和时间分布 ，来解决有关地质问题的时 间域电磁法。 一 般情况下，不同地质体因 自身特性差别 ，对 电磁场的感应强弱会呈现区别。矿井瞬变电磁法便 是在井下巷道内的特殊空间利用发射线圈发射电磁 场信号，激发探测方向内的地质体产生电磁场，并 接收线圈接收地质体感应 出的电磁场信号 ，利用电 磁场信号强弱判断前方地质情况。经过对采集到得 数据进行后期处理，即可大致得出探测方向上地质 体视电阻率的分布情况 ，从而准确判断出异常存在 位置 。 2 ． 2 工作 方法 矿井瞬变电磁法勘探观测参数采用中心回线装 置，采用多匝 2 2 m矩形 回线，发射线框 3 1 匝， 接收线框采用探头接收，等效面积为 4 0 0 m 。其探 测示意图如图 1 、图 2所示。 3 应用实例 以一采区运输上山 l 2号钻场超前探测为例， 瞬变电磁法仪器 由俄罗斯科学院地球物理研究所 S T C T s i k 1 ． G e o L t d 公司生产的C E I ． 7 瞬变电磁系统， 根据玉泉煤业历次探测结果 、钻探验证及掘进巷道 揭露的资料 ，视电阻率值低于 2 0 1 “ ] m视为异常含 水区。解释成果为 1 顶板 3 0 。探测 方 向上岩层左侧 0 。至 4 5 。扫描线之间及右侧 1 5 0 。至 1 8 0 。扫描线之间 受两侧锚 网的影响视电阻率值与其他区域相比较 低，迎头前方左侧 7 5 。扫描线方向视电阻率值与周 围区域相 比略低 ，推测该处岩层含水裂隙发育。 2映顺层探测方向上岩层左侧 0 。至 3 0 。 扫描线之间及右侧 1 5 0 。至 1 8 0 。扫描线之间受两 侧锚网的影响视电阻率值与其他区域相 比较低，其 他区域未发现范围较大的低阻异常区。 3 底板 3 0 。探测方 向上岩层 左侧 0 。至 3 0 。扫描线之间及右侧 1 6 5 。至 1 8 0 。扫描线之间 受两侧锚网的影响视 电阻率值与其他区域相 比较 低，其他区域未发现范围较大的低阻异常区。 探 测成果 已经钻探 、巷道揭露验证 ，巷道掘进 过程中煤层内无水，顶板出现裂隙出水现象。 图 l 煤层顶底板岩性及立体探 测示意 图 6 ＼ t I／4 13 5 巷遵迎头 图 2 巷道平面探测 图 4 结语 通过实践证 明，采用瞬变电磁法超前探测巷道 前方及其顶底板的含水异常体 ，其探测深度大 ，施 工方便简单，工作效率高 ，对异常体的感应信号强 ， 地质效果好，适宜于狭小的巷道空间作业环境。 【 参考文献 】 [ 1 ] 郭纯，刘白宙，白登海 ． 地下全空间瞬变电磁技 术在煤矿巷道掘进头的连续跟踪超前探测 [ J ]J，地 震地质 ，2 0 0 6 ，9 34 5 6 ． 4 6 2 ． 下转第 1 8 7页 2 0 1 6年第 8期 东 娃晨 针枝 l 8 7 项 目投资 工程 配套 的修筑 道路 土 石方 约 2 6 0 0 0 m ，耕植土剥离约 2 6 3 0 0 0 m ，引黄砂充填土 方约 4 9 2 6 0 0 m ；平均每亩取沙费用 含输沙排水 约 9 0 0 0元，人工费及附着物补偿等费用 2 0 0 0元， 总计每亩治理综合投资约 1 1 0 0 0元，较传统的异地 取土回填复垦工艺相比， 治理费用降低 1 0 0 0 元左右。 如果考虑该技术工艺对黄河水清淤的社会效益 ，则 经济和社会效益更加显著。 7 结论 采用黄河水淤沙吹填工艺对采煤塌陷区进行复 垦，技术上可行 ，工艺上简单 ，经济上合理，目前 在国内尚属首例。项 目的成功实施 ，在一定程度上 减轻了黄河下游的清淤压力，也避免了引黄灌区清 淤堆沙对生态环境的破坏。该技术工艺也给沿黄 湖 矿 区类同条件的矿井采煤塌陷地的综合治理， 提供 了一条成熟可靠的技术途径 ，具有一定的推广 应用价值。 【 参考文献 】 [ 1 ] 赵洪林，王锦峰，谷和长 ． 利用黄河泥沙资源淤 填近堤低洼荒地 [ J ] ． 科技信息， 2 0 0 9 2 9 l 1 l 1 ． [ 2 ] 胡一三 ． 黄河下游河道整治的必要性 [ J ] ． 水利规 划与设计 ，2 0 1 0 1 2 4 ． [ 3 ] 张治昊 ， 戴清 ， 刘春晶 ， 等 ． 黄河下游引黄灌区清 淤堆沙对生态环境的危害与防治 【 c ] ． 第三届黄河 国 际论 坛 ． 2 0 0 7 ． 上接 第 l 8 l 页 防治，才能及时处理安全隐患，防治灾害发生，减 少经济损失，促进煤炭事业的发展。 【 参考文献 】 [ 1 ] 罗文柯 ． 上覆 巨厚火成岩下煤与瓦斯突出灾害危 险性评估与防治对策研究 【 D ] ． 长沙中南大学， 20l 0． [ 2] 张建国 ． 平顶山矿区深井动力灾害灾变机理及 防 治关键技术研究 [ D ] ． 北京中国矿业大学，2 0 1 2 ． [ 3] 孙娟，贡常青，郝文辉，等 ． 河北唐山开滦赵各 庄煤矿 采空区地质 灾害特征 及防治措施 [ J ] ． 中 [ 4] [ 5] [ 6] 国地质灾害与防治学报 ，2 0 1 1 ，0 3 1 22 4 9 2 5 5 ． 孙国庆 ． 武 宁县煤矿矿 山地 质 灾害发 育现状 及防 治 措 施 [ J ] ． 化 工 矿 产 地 质 ，2 0 1 0 ，0 1 0 9 2l 5． 21 9． 沈德 仁 ． 关于煤矿地 质 灾害，防治措施 迫在 眉睫 [ J ] ． 科技与企业，2 0 1 2 ，0 2 2 21 6 0 1 6 1 ． 牟勇忠 ． 贵州省纳雍县良子田煤矿地质灾害现状 特征及其 防治措施 [ J ] ． 四川水泥 ， 2 0 1 4 ， 0 7 1 1 2 9 3 ． 2 9 4 ． 上接 第 1 8 4页 [ 2] 张荣立， 何国纬， 李铎． 采矿工程设计手册 ． 北赢 煤炭工业 出版社，2 0 1 0 2 4 9 4 - 2 4 9 5 ． [ 3 ] 刘欢，朱波霖，袁震，潘宝骝．高水压矿井挡水 墙设计与数值建模分析 [ J ] ．煤矿安全，2 0 1 3 ， 7 1 6 2 - 1 6 3 ． [ 4] 倪礼强 ， 熊善平 ，胡忠新．采 空区挡水墙应用实 践 [ J 】 ．采矿技术，2 0 1 0 ， 1 0 9 6 - 9 7 ． [ 5] [ 6] [ 7 ] 杨振延，王铁牛，岳宝来．深部复杂地质条件下 水害综合防治技术 [ J ] ． 中州煤炭，2 0 1 l ， 9 79 ． 8 0． 龙卿吉，张福斌．挡水墙设计及施工中的几个问 题 [ J ] ．煤矿安全 ，2 0 0 1 ， 9 1 8 - 2 0 ． 段全江，别小勇，刘志强，等．矿 山井下防水水 闸墙厚度计算方法的探讨 [ C]． 全国矿山建设学 术会议论 文选 集 ． 2 0 0 4 5 2 3 ． 5 2 6 ．