瞬变电磁法在复盛煤矿探放水中的应用.doc

瞬变电磁法在复盛煤矿探放水中的应用 作者郑玉彬 郭林 岳建新 信长钊 摘要采用瞬变电磁法TEM在河南省新密市境内探查一一井煤矿采空区积水分布情况、断层等构造的含导水性情况及二1煤底板的富水性情况,为矿井防治水工作的合理实施提供依据。 关键词瞬变电磁法;一一井煤矿;采空区 Abstract The transient electromagnetic TEMis used in Henan Province Baofeng Shengyuan coal to explore the goaf water distribution. Besides, we could learn about the water contain in fault. The application of TEM provides scientific basis for water-control. Key words transient electromagnetic ;YiYi Jing Coal;goaf 郑煤集团汝州复盛矿业有限责任公司是郑煤集团一座资源整合矿井,区内老矿井较多,开采时间较长,对矿井的安全生产造成极大的隐患。 1瞬变电磁法勘探原理 瞬变电磁法属于时间域电磁法,以通电导线为场源,激励并探测目的物感生的二次电流,在脉冲间隙测量二次场随时间的变化响应,以此判断地下是否存在多层采空区,具有分辨率高、受地形影响小、工作效率高、灵敏度高、能穿透高阻覆盖层等优点。[1] 瞬变电磁法简称TEM是利用不接地回线或接地线圈向地下发送脉冲电流,以激励探测目标体感应二次电磁场,脉冲间歇期间,利用线圈或接地电极观测二次场随时间变化的响应。瞬变电磁的基本原理见图1,工作时,首先给发射线框供一直流电流,然后突然切断电源。线框内的电流将发生一个突变。根据麦克斯韦电磁理论,发射机电流突然降到零的过程中,将在发射线框附近产生一次脉冲磁场,该一次磁场又在地下产生感应涡流场,并产生衰变的二次磁场,随时间的推移不断向下、向外扩散。这种变化的电场和磁场交替产生,由近及远,扩散的速度与地下岩层的电阻率有关,不同时间扩散到不同深度。低电阻率地质体如导水断层、富水区、金属矿体等能引起较强且衰减慢的二次涡流场,而贫水区等高阻体引起较弱且衰减快的二次场。由于早期信号反映浅部地电特征,晚期信号反映较深部地电特征,这就可以达到测深的目的。[2] 2在复盛煤矿探放水中的应用中取得的地质成果 本次勘探施工区域面积约0.2 km2,野外工作采用二维测网布置为20m20m,即线距20 m,点距20 m,在测区范围内共布置测线23条,每条测线上坐标点不等。检查点按10考虑,共设计工作量约为454个物理点。 瞬变电磁勘探施工采用规则测网观测系统,施工方法选择分辨率高的中心感应装置,采用360 m360 m的单匝回线发射,有效面积200 m2中心探头进行接受采集,供电电流12安培以上,以每一发射回线中间1/9面积所包含的测点范围内施工。 [1] 2.1视电阻率ps拟断面图反映特征 7线、8线ps拟断面图反映了这两条测线剖面电性分布特征图2,纵向上视电阻率值有高低高的趋势,与实际地质层位的电性分布是一致的,从总体上看,断面图视电阻率等值线分布变化剧烈,一是因为采空区塌陷造成的地层分布不连续引起的,二是受高压线影响造成的。从图上看,7线在14～18号测点之间及27～31号测点之间,8线在13～19号测点与27～31号测点之间有低阻异常区分布。 2.2平面图反映特征 在视电阻率异常平面图上,若地层含有相对低阻富水区和含、导水构造时,电性均匀分布规律被打破,反映在平面图上为低阻异常区呈现视电阻率值减小,等值线扭曲、变形为圈闭或呈密集条带状等。在上面的富水异常平面图上则低阻异常区更为直观,表现深灰色。 图3为二1煤附近视电阻率分布平面。阻异常区主要有异常1、异常2和异常3。异常1位于测区东南部,大致于7～15线的11～31号测点之间,异常分布范围大,异常强度相对较强,分布区域煤层底板等高线扭曲、变化剧烈,有大面积采空区存在;异常2位于测区中部,大致在16～24线的23～28号测点之间,异常分布范围相对较小,异常强度较弱,也有采空区分布;异常3位于测区西北部井田边界附近,异常范围小,异常强度弱,也有采空区存在。 3评 价 3.1异常区评价 异常1在7线～15测线ρs拟断面图上都有分布,在各个层位异常平面图上分布都较强。异常1区域内有大面积采空区分布,但从异常分布形态、分布特征和采空区特征看采空积水区范围不会很大,从构造上看该区域有一条较大逆断层分布,断层上盘地层推覆在下盘地层之上,造成该区域地层分布组合相比其他区域发生了较大变化,造成断层带电性分布大范围的变化,引起了整个断层带的低阻异常反映。 异常2分布范围不大,异常强度较弱,在16线～23测线ρs拟断面图上都有分布。异常2区域内有12011工作面采空区分布,且异常区域内从二1煤底板等高线看变化平稳。异常2应为12011工作面采空区局部积水引起的。 异常3位于测区西北部,分布范围不大,异常强度较弱,异常区域内有采空区分布,且异常区正好分布于采空区低洼处,从采掘工程平面图看地层分布平缓,无其它构造分布。所以异常3是采空区低洼处积水引起的。二1煤下80m的异常4为二1煤底板下局部地层裂隙富造成的。 3.2采空区积水评价 瞬变电磁法对含、导水构造等低阻体反应敏感,而不含水的采空区大多是高阻,所以采用瞬变电磁法可以较为准确地圈出含水构造和积水采空区的边界和范围异常1无法排除异常区域内局部积水的可能性;异常2应为12011工作面采空区局部积水引起的;异常3是采空区低洼区域积水引起的。 4结论与建议 通过本次电法勘探工作,基本查明了测区内二1煤层及其顶底板富水异常区、采空积水区的分布范围和相对强度、断层等构造的含导水性等。测区内共发现4个低阻异常区异常1范围内采空区局部区域有积水的可能性;异常2应为12011工作面采空区局部积水引起的;异常3是采空区低洼处积水引起的;异常4为二1煤底板下局部地层裂隙富造成的。 为保证井下采煤生产的安全,建议加强采掘前矿井水文物探工作,特别是在生产场地接近异常部位时应边探边掘,随时观察记录水文地质条件变化情况,以便实施针对性更强和更有效的防治水技术措施。 1 李成友、刘洪福.多层采空区调查中瞬变电磁法的应用[J].物探与化探,200731108～110 2 孙吉益.煤矿井下瞬变电磁探测影响因素探讨[J].河北煤炭,200764～5 [2]