综合利用多种方法探测隐伏含水构造.pdf

第3 7 卷第1 2 期 2 0 1 4年 1 2 月 煤 炭 与 化 工 Co a l a n d C h e mi c a l I n d u s t r y Vo1 ． 3 7 No ． 1 2 De e． 201 4 综合利用多 种方法探测隐 伏含水构造 吕雷彬 开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司，河北唐山0 6 3 1 0 8 摘 要针对矿井隐伏含水构造较多，易发生透水淹井事故的情况，以开滦范各庄矿水文地 质条件复杂为例 ，综合利用多种方法成功探测隐伏含水构造 ，探测主要运用 日常水文观测分 析法、高分辨直流电超前探测法、直流电三极测深法、井下瞬变电磁探测法及钻探验证法等 方法 ，取长补短，相互验证 ，达到 了提高探测精度 的 目的。 关键词隐伏含水构造；超前探测；高分辨电法；瞬变电磁法；钻探 中图分类号 P 6 3 1 ． 3 2 文献标识码 B 文章编号2 0 9 5 5 9 7 9 2 0 1 4l 2 0 l 1 4 0 3 The De t e c t i o n o f Co nc e a l e d W a t e r be a r i ng S t r uc t ur e wi t h Co m p r e he n s i v e Ut i l i z a t i o n M e t h o ds L YU Le i -b i n F a n g e z h u a n gMi n i n g I n d u s t r y B r a n c h , K a i l u a n E n e r g yC h e m i c a l C o r p o r a t i o nL t d ． ， T a n g s h a n 0 6 3 1 0 8 , C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n mu c h mi n e c o n c e a l e d wa t e r b e a ti n g s t r u c t u r e ，e a s y h a p p e n i n g o f wa t e r fl o o d i n g w e H s a c c i d e n t s i t u a tio n ，Ka i l ua n Fa n g e z hu a ng Mi n e c o mpl i c a t e d h yd r o g e o l o g i c c o n di tio n wa s t a ke n a s a n e x a mp l e ， t he de t e c t i o n o f c o n c e ale d w a t e r b e a r i n g s t r u c t u r e w a s d o n e w i th c o mp r e h e n s i v e u d l i z a ti o n me tho d s ，ma i n l y w i th d ail y h y d r o l o g i c al o b s e r v a ti o n a n a l y s i s ， h i g h r e s o l u ti o n d i r e c t c u r r e n t a d v a n c e d d e t e c t i o n me t h o d ， d i r e c t c u r r e n t t h r e e p o l e s o u n d i n g me tho d ， mi n 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 s u c h a s d e t e c t i o n me tho d an d d r i l l i n g v ali d a ti o n me tho d ， c o mp l e me n t i n g e a c h o the r ， mu t u al a u the n ti c a ti o n ， wh i c h i mp r o v e d the a c c u r a c y o f d e t e c t i o n ． Ke y wo r d sc o n c e ale d w a t e r - b e a r i n g s t r u c t u r e ；a d v a n c e d d e t e c ti o n ； h i g h r e s o l u t i o n me tho d ；tr an s i e n t e l e c tr o ma g n e t i c me t h o d ； d ri l l i n g 0 引 言 开滦范各庄矿水文地质条件复杂，尤其是矿井 北翼 、井 口区域 ，自建矿 以来在此 区域 已发现 1 4 个岩溶陷落柱，导 含 水陷落柱已成为矿井安全 生产的最大隐患，各级部门、领导对此高度关注。 矿井在实际生产过程中对水文地质工作做得十分细 致 ，自1 9 9 0 年 1 0 号陷落柱出水后至今，二十多年 未成 出过大 的透水事故 ，保证 了矿井 的安全生产 。 矿井水患最直接有效 的方法就是利用各种物探方法 进行超前探测，而目前应用得较好的探测方法主要 是直流电法和矿井瞬变电磁法。范各庄矿在井口区 域施工 3 0 9 4运输巷过程 中多处出现异常 ，随即利 用直流电法和矿井瞬变电磁法进行探测 ，对异常区 进行了钻探验证 ， 通过对探测结果综合分析 ， 认为 该区域存在一个疑似隐伏导水陷落柱，因此停止施 工 ，避免 了一起大的水害事故 。 1 物探方法介绍 1 ． 1矿 井直流 电法 矿井直流电法又称为矿井电阻率法，以煤、岩 层的导电性差异为基础 ，观测稳定 电流场的分布规 律，从而确定岩、矿体物性的分布规律或地质构造 的特征。 矿井直流电法在全空问条件下建场 ，使 用全空间电场理论 ，处理和解释有关矿井水文地质 问题。其测点位于地下巷道或采场内，为针对性地 收稿日期2 0 1 4 1 1 - 1 2 ；责任编辑聂明勋 作者简介 吕雷彬 1 9 7 9 一 ，男 ，四川眉山人 ，地质工程师。E m a i l l v l e i b i n 7 2 6 1 6 3 ． C O I I I 引用格式吕雷彬． 综合利用多种方法探测隐伏含水构造【 J ] ． 煤炭与化工，2 0 1 4 ， 3 7 1 2 1 1 4 1 1 6 1 1 4 吕雷彬综合利用多种方法探测隐伏含水构造 2 0 1 4年第 1 2 期 解决各类地质问题 ，通常采用不同测量装置。 矿井直流电法优点 测点位置靠近勘探对象 ， 许多在地表无法探测的较小规模地电异常体，在井 下可获得较强的异常响应。 1 ． 2矿井瞬变电磁法 瞬变 电磁法的基本原理就是 电磁感应定律 ，于 地面或空中设置通以一定电流的发射线圈， 从而在 其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体 中产生感应电流 ，断电后 ，感应 电流由于损耗而随 时间衰减 。衰减过程一般分为早、中和晚期 。早期 的电磁场相当于频率域中的高频成分 ，衰减快，趋 肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成 分 ，衰减慢 ，趋肤深度大。通过测量断电后各个时 间段的二次场随时间变化规律 ，可得到不同深度的 地电特征 。 由于煤系地层的沉积序列比较清晰，在原生地 层状态下，其导电性特征在纵向上有固定的变化规 律 ，而在横 向上相对 比较均一 。当煤层顶底板岩层 内断层、裂隙和陷落柱等地质构造发育时，无论其 是否含水 ，都将打破地层电性在纵向和横向上的变 化规律。如果构造含水，局部电阻率值就低 ，异常 特征就 比较明显 。这就为矿井瞬变电磁法探测井下 富水异常体提供 了物理条件。 矿井瞬变电磁法优点 井下瞬变 电磁法采用边 长为 2 m的多匝小线圈，数据采集工作量小，工作 效率高，成本低；测量装置靠近目 标体，异常体感 应信号较强，具有较高的探测灵敏度；通过多次脉 冲激发，场的重复狈 4 量叠加和空间域多次覆盖，信 噪比较高 。 2 探测区地质、水文地质情况 3 0 9 4运输巷位于矿井井 口区域 ，水文地质条 件较为复杂 ，施工层位为 9号煤层及顶板 ，巷道标 高 一 4 4 0一 一 5 1 0 m，9号煤层平均厚度 1 ． 3 7 m，为 复杂结构煤层 ，煤层平均倾角 1 3 。。 3 0 9 4运 输 巷 从 上 往 下 施 工 至 2 7 8 、2 8 4 、 2 8 8 ． 5 、2 8 9 ． 2 、3 0 0 m处 时 ，巷 道底板 出现多处 涌 水量大小不一的泉眼，总水量在 0 ． 0 1 m 3 ／ m i n ，从下 往上施工至 9 2 m时巷道渗水，水量在 0 ．0 1 m 3 ／ m in ， 继续施工至 9 6 m时 ，巷道渗水水量增大至 0 ．0 2 m 3 ／ m i n ，巷道多处 出水 ，反 映出该 区域水文地质情 况较复杂。 3现场物探探 测 根据现场条件，分以下几个阶段对该区域进行 了探测。 3 ． 1 3 0 9 4运输巷 3 ． 1 ． 1 下山段 2 8 5 m 高分辨直流电超前探测 在 3 0 9 4运输巷下山段 2 8 5 m进行了高分辨直 流 电法 超前探测 ，共 探测 1 0 0 m，即 2 8 5～3 8 5 m 范 围，共有 5处 异常 ，1 0 m 2 9 5 m附近异常富 水性较弱，其余 4处富水性较强 ，分别位于 4 0 m 3 2 5 m 、5 2 m 3 3 7 m 、7 2 m 3 5 7 m 、 8 7 m 3 7 2m附近。探测结果如图 1 所示。 0 1 0 最小值 5 7 2 0 3 O 4 0 5 0 6 0 7 O 8 0 9 O 1 0 0 ■■圈露 匿 ． 1 ． _】 l [ I l l I 曩■■■_ 1 3 0 1 2 0 1 1 O 1 0 o 9 0 8 0 7 0 6 O 5 O 4 0 图 1 3 0 9 4运输巷下 山探 测结果 3 ． 1 ． 2 下山段 2 8 6 m 直流 电三极 测深 在 3 0 9 4运输巷下山段 2 8 6 m进行直流电三极 测深 ，探测范围为此处 向下 8 1 n l ，共有 3 处异常 ， 8 ～2 1 m、2 7 4 2 m富水性较强 ，6 3 6 7 m有一定 的富水性。 3 ． 1 ． 3 瞬变 电磁 法探 测 3 0 9 4 运输巷底板按 1 012 “1 步距 ，由2 9 0 ～1 5 0 m 向下探测底板 1 2 0 m内赋水情况 ，以 一 3 0 o的俯 角 ，探测西南侧巷帮赋水情况 ；掘进工作面按 1 5 。转角转动，形成一个扇面 ，探测掘进工作面前 方 1 0 0m的赋水情况。 3 0 9 4运输巷底板探测结果 巷道下方 4 0 m以 下存在大范围低阻异常。 3 0 9 4运输巷西南侧 一 3 0 。探测结果 低阻异常 区域与底板探测结果在空间上较为一致。 3 0 9 4掘进工作面超前探测结果低阻异常主 要为掘进工作面前方 4 O～8 0 m范围的扇形 区域 。 3 ． 1 ． 4 3 0 9 4运输巷探测结论 1 3 0 9 4 运输巷底板 4 0 m以下存在大范围低 阻异常，富水性较强 。 2 3 0 9 4 运输巷掘进工作面 2 9 5 m前方 4 0～8 0 m范围富水性较强。 33 0 9 4运输巷下方及前方为一联通的含水 体 。 3 ． 2 3 0 9 2下山瞬变电磁法探测 3 0 9 2 下山东南侧探测，按 5 m步距 ，倾角为 1 0 。施工，测线长度 1 0 0 IT I ，探测结果显示巷道东 南侧 7 0 ～1 0 0 m范围存在低阻异常。 3 ． 3 2 1 8 0上 山 2 1 8 0 上山由 3 0 0运输巷交叉 口开始，按 5 m 步距布线 ，测线长度 1 7 0 m，探测方向为 0 。和 1 1 5 2 0 1 4 年第1 2 期 煤炭与化工 第3 7 卷 - 3 0 。 。 0 。探测结果探测区域内存在明显低阻异常， 测线 0～1 5 0 m内，距巷帮前方约 8 0 m处 ，为连续 成片的低阻体出现， 判断此处富水。 一 3 O 。探测结果 与 0 。探测接近 ，与巷帮距 离及范围均略有增加。 0 。、一 3 0 。探测的低阻异常区基本可以对应 。 一 3 0 。探测结果如图 2所示。 图 2 2 1 8 0上 山探测结果 3 ． 4 3 0 0运料巷 3 0 0 运料巷底板探测按 1 0 m步距，倾角 一 9 0 。 施工 ，测线长度 1 6 0 m；西南侧帮探测按 5 m步 距，倾角 一 3 0 。施工，测线长度 6 5 m 。3 0 0运料巷 底板探测结果 1 6 0 m测线 内 ，距巷底 4 0 m 以下 基本都存在低阻异常。西南侧帮探测结果 距离巷 帮斜长 6 0 ～ 1 0 0 m范围存在 3 处低阻异常。 4钻探验证 综合分析上述巷道电法探测结果 ，认为此区域 富水性较强，水文地质条件复杂，存在隐伏含导水 构造，实际揭露 3 0 9 4运输巷上山施工至 9 6 m时 巷道 出水量 达 0 ． 0 2 m 3 ／ m i n进一步证 实了这一推 测。为确保万无一失，巷道停止施工，在掘进工作 面附近施 工探测孔 4个 ，其中 3号孔施工至 2 5 m 时 ，涌水量 达 0 ． 0 9 mff m i n ，压力达 3 ． 5 MP a ，水质 化验结果显示具有奥灰水特征， 从而确定此区域存 在疑似陷落柱的强导水构造 。 5 探测 结论 根据在 3 0 9 4运输巷 、3 0 9 2下山、2 1 8 0上山及 3 0 0 运料巷物探、钻探探测结果 ，并结合有关地 质、水文地质资料 ，得 出以下结论 在 2 1 8 0上 山 西北侧、3 0 0运料巷西南侧约 6 0 113 开外有一隐伏 高压含水构造 ，此构造附近煤岩层破碎，裂隙发 育，致使 3 0 9 4 运输巷底部煤系地层大量充水，形 成一个以疑似陷落柱为中心的高压富水区， 对该区 域工程施工构成极大威胁 。 6 结 语 在水文地质条件复杂矿井进行采掘开工程时， 应做好日常水文观测工作，发现异常时，及时利用 多种物探方法进行探测 ，对探测异常区进行钻探验 证。在物探探测过程中，应根据现场条件 ，结合探 测区地质、水文地质情况，综合利用多种物探方 法，取长补短，相互验证 ，以提高探测精度。在对 探测异常区进行钻探验证时 ，必须制定严格 的探水 措施 ，防止高压水突出，酿成水害事故。矿井防治 水工作关系煤矿生产安危，在日常生产过程中一定 要遵循物探先行 、钻探验证的原则 ，始终保持谨小 慎微、如履薄冰的工作态度，才能把防治水工作做 好 、做透。 参考文献 【 1 ] 储少良 矿井物探应用[ M] ． 煤炭工业出版社，1 9 9 4 ． 【 2 】 吴波，黄健良， 王硕，等． 矿井直流电法勘探及其应用 概述【 J ] ． 科技信息 ，2 0 0 9 1 8 5 0 5 3 ． [ 3 】 董春勇，刘盛东． 矿井直流电法应用于煤矿工作面陷落柱勘 探【 J 】 ． 西部探矿工程 ，2 0 0 8 7 1 2 4 1 2 6 ． [ 4] 于景峨 矿井瞬变电磁法勘探[ M l中国矿业大学出版社 ，2 0 0 7 ． [ 5 】 张冬冬． 矿井瞬变电磁法在矿井防治水中的实际应用【 J ] ． 科 技 视界 ，2 0 1 3 2 5 1 3 ． 上接 第 1 1 3页 再与模型拟合结果相校对 。 4 结 语 在地质构造复杂的工区解释复杂构造和断层断 块时，关键在于第一应进行模型试验，要使地质模 型的正演结果与实际水平叠加剖面符合，从而确定 地下界面的形态； 第二应采用正确的偏移方法，获 得与地质模型相符合的地质剖面，才能得出比较正 确的解释结论 。另外技术人员应在仔细研究地震数 据资料时 ，熟悉工区的区域地质构造规律 ，并充分 发挥本身丰富的地质经验使得解释的构造复合地质 11 6 规律 ，更接近实际情况 。 参考文献 [ 1 】 李庆忠． 走向精确勘探的道路[ M】 ． 北京 石油工业出版社， 1 9 9 4． [ 2 ] 陆基孟． 地震勘探原理[ M】 ． 东营石油大学出版社，1 9 9 3 ． 【 3】 邹 才能 、张颖．油气勘探 开发实 用地震新技 术[ M】 ．北京 石油工业 出版社 ，2 0 0 2 ． 【 4】 何 樵登 ． 地 震勘 探 原 理 与方 法 [ M 1 ． 北 京 地 质 出 版社 ， 1 9 8 6． [ 5 ] 魏振岱． 安徽省煤炭资源赋存规律与找煤预测【 M] ． 北京 地 质出版社 ，2 0 1 2 ．