基于瞬变电磁法的煤层富水性应用研究.pdf

1 5 6 东 媳蒺 斜枝 2 0 17 年 第 9 期 基于瞬变 电磁法的煤层富水性应用研究 李文喜 翟培合 张旭志 。 1 ． 山东科技大学地球科学与x - 程学院，山东 青岛 2 6 6 5 9 0 ； 2 ． 山西焦煤集团西山煤电股份有限公 司西曲矿 ， 山西 太原 0 3 0 2 0 0 摘要 本文结合生产实例对瞬变电磁技术从原理、施工方法及成果解释等方面对该技术进行了阐述。研究表明，利用 瞬变电磁技术可以有效地获得煤层顶底板、侧帮的富水程度、位置和范围，从而为煤矿防治水工作提供可靠的技术保障。 关键 词 瞬变电磁 煤层 富水 区 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 7 ．0 9 ．0 6 7 Ap p l i c a t i o n s t u d y o n t h e c o a l s e a m wa t e r y b a s e d o n 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 Li W e n x i Zha i Pe i h e Zh a n g Xu z h i 。 1 ． S c h o o l o f E a r t h S c i e n c e a n d e n g i n e e r i n g ， S h a n d o n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , S h a n d o n g Q i n g d a o 2 6 6 5 9 0 ； 2 ． S h a n x i c o k i n g c o a l g r o u p ； Xi s h a n c o a l e l e c t r i c i ty l i mi t e d l i a b i l i t y c o mp a n y Xi Qu c o a l mi n e ，S h a n x i T a i y u a n 0 3 0 2 0 0 Ab s t r a c t T h i s p a p e r e x p o u n d s 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 t e c h n o l o g y f r o m i t s p r i n c i p l e ， c o n s t r u c t i o n me t h o d a n d i n t e r p r e t a t i o n o f the r e s u l t s ． T h e r e s e a r c h s h o ws tha t 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 t e c h n o l o g y c a n e f f e c t i v e l y o b t a i n the wa t e r y d e g r e e ， l o c a t i o n a n d r a n g e o f t h e s u r r o u n d i n g r o c k ， s o a s t o p r o v i d e r e l i a b l e t e c h n i c a l s u p p o r t f o r t h e p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l o f wa t e r i n t h e c o a l mi n e ． Ke y wo r d s t r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c c o a l s e a m wa t e r a b u n d a n t a r e a 矿井物探 目前主要 以瞬变电磁法、音频电透视 法 、高密度电阻率法为主。瞬变电磁法有对低阻体 反应灵敏 、体积效应小、纵横向分辨率高等优点 ， 由于瞬变电磁仪器设备体积小，重量较轻 ，探测深 度较深 ，一般在 l O O m左右，信噪比高 ，操作简单 方便 ， 在工作中， 只需要2 ～ 3 人即可施工并完成任务 ， 而且从 日常施工效果的反馈来看 ，瞬变电磁法的准 确性很高，被许多煤矿列为井下防治水必做探测手 段之一。因此在探测矿井巷道导水裂隙的分布及 富 水性方面，瞬变电磁法将发挥越来越重要的作用。 1 矿区地质概况 西曲矿位于山西省太原市西山地区，工作面主 要受 8 煤顶板灰岩裂隙水的影响。该含水层岩溶普 遍不发育，且富水性较弱，以淋水 、锚索眼小股流 水方式进入工作面 ，水量较小，一般涌水点会逐渐 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 4 1 7 作者简介 李文喜 1 9 9 0 - ， 安徽淮南人， 硕士研究生，主要从事 矿产电法噶髁 应用。 衰减直到消失，对生产影响较小。 根据相邻采掘资料开采分析，工作面施工 8 煤 层 ，煤层厚度为 3 ． 6 5 ～ 4 ． 1 0 m，一般厚度 3 ． 9 8 m，煤 层硬度为中硬。煤层整体倾 向东西，倾角 2 。。8 煤层顶部普遍含一层 0 ． 2 0 ～ 0 ． 4 0 m的炭质泥岩伪顶， 直接顶板为 3 ． 2 0 m的石灰岩 ，直接底板为 1 ． 7 5 m的 细粒砂岩 。 为防止水害对采掘工作面造成影响，该矿对采 掘工作面周围进行瞬变电磁法探查，以查明含水情 况 ，保证安全生产。本文仅分析该矿 2 2 6 0 1 皮带顺 槽 的物探情况 。 2 工程布置及数据采集 根据矿井巷道的实际地质状况 ， 勘探采用 YC S 一 4 0 矿用本安型瞬变电磁仪 ，该仪器是 目前国产的最 先进的矿用电磁探测设备。因井下环境复杂 ，受环 境影响大，为了提 高信噪比，Y C S ． 4 0瞬变电磁仪 采用边长为 1 ． 5 m的多匝回线装置。巷道沿 8 煤层 顶板掘进，顶底板岩性主要为灰岩、砂岩 ，正常情 2 0 1 7 年第 9 期 互媳蒺 科技 1 5 7 况下工作面视电阻率远大于含水断层和富水性岩层 的视电阻率 ，本次物探设备 YC S ． 4 0矿用本质安全 型瞬变电磁仪 ，主要技术参数如下 仪器参数设置 装置参数设置 发射电厩 7 ． 3 V 发射线框的边长1 ． 5 m 发射频率 8 ． 3 H z 发射线框匝数 1 0 叠加次数 3 2 电阻要求 l 0 n 抑制 系数 2 接收 回线边 长 1 ． 5 m 发射电流 2 ． 5 A 接收线框匝数2 0 探测深度约 8 0 m。 3 资料解释 瞬变电磁法观测数据是各测点各时窗的瞬变感 应电压 ，要换算成视电阻率、视深度等参数。本次 资料处理 主要采 用 T E MI N T软件进行正 反演解释处 理 。 由于本区的含水异常基本都是采空区积水的异 常，还有一小部分是断层等因素导致的裂缝导水， 这里先主要展示部分采空区积水的异常成果罔。关 于含水的判断主要是看两个数据 ， 一个是阻值， 这 里一般都是把成果图的阻值嘲定在 0 ～ 1 0 0之间 阻 值在 2 0 以下， 才可以判断为含水区。 一个对比阻值， 只有对比才可以判断到底是不是含水。所以说要整 体看物探成果图，只有同时满足有低阻值并且是异 常波形才可以判断是否含水区。 图 1 为 2 2 6 0 1 皮带顺槽做的向某采空区进行的 物探成果 图。 图 l 顶板 向上 竖直 方向视 电阻率断面 探 测 结果 如 罔 1 。其 中巷 道 位置 2 7 0 m处 对应 为 2 2 6 0 1 皮带 顺 槽 和 2 2 6 0 1 切 眼的 交 界处 即 2 7 号 点 位置 ，1 1 0 m 处 对应 2 2 6 0 1 皮带 顺槽 2 3号点后 面 3 m。 中巷道位置 2 6 0 ～ 1 6 0 范同内阻值最低为 5 、 深度为 4 0 ～ 8 0 r n并且低 阻范围最广泛，距离 2 2 6 0 1 皮带顺槽位置大概 4 0 m以外为低阻异常区，巷道位 置 1 6 0 ～ l 1 0 m阻值平缓相对偏低， 阻值在 5 ～ l 0中间。 分析判 断得 出 2 2 6 0 1 皮 带顺槽 右帮向右有 含水异常 区，主要 分布在 巷道 位置 2 7 0 ～ 1 6 0 m 中问 ，深 度范 罔为 4 0 ～ l 0 0 m之间，1 6 0 ～ l 1 0 m方向逐渐减少含水 量。与实际相结合，可以判定为采空区积水。 所探查的富水性区域，可能会造成工作面回采 时突水灾害，威胁煤矿生产安全，因此针对富水异 常 区进 行打钻验证 。后来通过 钻探验证 ，得 此次 勘探测量所圈定的富水性异常区域与钻探得出的结 果基本相符 。 4 结语 通过本次探查可以充分证明矿井瞬变电磁法技 术在解决煤矿含水层富水性分布规律、有效隔水层 厚度 、顶板潜在的突水通道等方面十分有效 ，矿井 瞬变电磁法具有对地下含水导水构造敏感和成同多 样性 、施工灵活等特点 ，对矿井水害防治具有科学 指导意义 ，值得推广应用 。 【 参考书目】 [1 ] 刘树 才， 刘志新 ， 姜 志海 ． 瞬 变电磁 法在 煤矿 采 区水 文勘探 中的 应用 [ J ] ．中 国矿 业 大学学 报 ． 2 0 0 5 ． 4 2 4 1 4 4 1 7 ． [ 2 ] 于景部，刘志新，等 ． 用瞬变电磁 法探查综放工 作 面项板水体的研究 [ J 1 ． 中国矿业 大学学报 ， 2 0 0 7 ， 3 6 4 1 2 6 1 3 0 ． [ 3 ] 郭威 ， 王玉和 ， 刘文 ．基于瞬变电磁法探测结果 的煤 层底板 突水数值 模拟研 究 [ J ] ． 矿业安 全与环 保 ． 2 0 1 3 , 2 4 0 2 0 - 2 3 ； 2 7 上接 第 1 5 5页 水影响较大 ，9 、1 0 煤 的灰成分 比小于 0 ． 1 8 ，受海 水影响较小．体现了成煤过程中不断受到海 、陆交 替影响。8 煤层 设理论灰分 A d1 0 ％ 时 ，理论 分 选密度为 1 ． 6 8 g ／ c m ，属于易选；设理论灰分 Ad 1 3 ％时，理论分选密度为 1 ． 9 8 g ／ c m ，属于易选。 【 参考文献 】 [ 1 ] 刘东娜 ， 周安朝 ， 马美玲 ． 大同煤田白洞矿区5号 煤层煤相特征 [ J ] ． 中国煤炭地质 ， 2 0 1 1 ， 2 3 5 2 4 ． 『 2 1 周瑞 ， 张荣华 ， 耿杰 ． 沁水煤田太原组煤层地质学 特征 [ J ] ． 煤炭技 术 ， 2 0 l 7 ， 3 6 3 ． [ 3 ] 黄操 明 ， 周绮峰 ． 霍 西煤 田霍县矿 区沉积环境对煤 层厚度及分布的控制 [ J ] ． 煤炭学报， 1 9 8 7 3 7 3 8 3 ． [ 4] 楚英军 ， 李姣龙 ， 李彦恒 ． 单侯矿 5号、6号煤的 煤岩学特征及煤相分析 ． 煤炭与化工 ． 2 0 1 3 ， 3 3 7 ． 『 5] 许 福 美 ， 方 爱民 ． 煤相研 究历 史的回顾及 其 国 内 外研究现状 [ J 1 ． 龙岩学院学报 ， 2 0 0 5 ， 2 3 3 5 4 5 6 ■■■■■圜 r 墨 j - ■