瞬变电磁法在治理煤矿采空区的应用.doc

瞬变电磁法在治理煤矿采空区的应用 摘要随着我国国民经济的高速发展，对能源的需求也日益增大。煤炭是我国目前主要能源之一，但在煤矿生产和建设中，水害是影响矿井安全生产和建设的重大灾害之一，特别是小煤窑采空区积水，对国营大煤矿安全生产构成极大的威胁，另外小煤窑无序开采、越界开采，造成民用建筑物裂缝等问题日益突出。查明小煤窑采空区位置，为各级政府领导和国营煤矿井下开拓及安全生产提供可靠地质依据，这个问题已经摆在物探工程技术人员的面前。 关键词地质灾害；瞬变电磁法；采空区; 地质概况 中图分类号F406文献标识码 A 文章编号 引言 瞬变电磁法在治理煤矿采空区地质灾害中的应用。物探方法都不能很好地解决这个问题（如直流电测深法），井下物探又不能开展工作，通过多种方法的实验对比，采用瞬变电磁法探测小煤窑采空区位置取得了较好的地质效果。 1 工区概况 工区位于某村庄，由于村庄南部的部分居民，相继发现房屋出现裂缝，推测是于周边煤矿采空区引起的，为了对此地质灾害进行治理，需要知道村庄周边煤矿采空区的范围大小。由于村庄位于煤矿西矿界边部，经多年来的开采，采掘情况极为复杂，且煤矿几易矿主，采掘工程资料或丢失，或未予保留等原因，同时井下的采空区及部分采掘巷道已经塌落，无法进行井下实地测量，依据现有的资料，无法判断煤矿采空区的范围，需要在地面对村庄周边煤矿采空区的范围进行测量。 2 地质概况 本区大面积被黄土覆盖，对区内地层由老至新分述如下 为含煤地层的基底岩系。本组地层在井田内揭露不全。据邻区资料本组厚度约180 米。主要为灰深灰色石灰岩、白云岩及白云质灰岩夹薄层黄绿色泥岩组成。 （2）石炭系中统本溪组（C2b） 本溪组厚度在37 米左右。主要由灰色、灰白色、灰黑色砂岩、砂质泥岩及泥岩和铝土泥岩组成。 （3）石炭系上统太原组（C3t） 据钻孔揭露厚67.23～117 米，平均88.8 米，以灰白色、灰色砂岩、灰黑色粉砂岩、泥岩及煤层组成，中下部夹1～2 层泥灰岩、钙质泥岩等，底部常发育泥灰岩一层，区内主要厚煤层赋存于本组顶部及底部，按煤及岩性特征可分为上、中、下三段。 下段为K1砂岩- 9 号煤层顶板，主要由煤砂岩、号不可采煤层，煤层总厚约15 米。中段为一厚层砂岩带，局部含6 号煤层。上段为4 煤层底- K8 砂岩底，赋存了本区的主要可采煤层4 号煤组，该段厚15 米左右。 （4）二叠系下统组（P1s） 地层厚度为40.0m～86.0m，平均65.0m，主要由灰色、灰白色砂岩、灰黑色泥岩、砂质泥岩组成，中下部发育1～3 层薄煤层，煤层均不可采。 （5）二叠系下统下石盒子组（P1x） 本组地层呈杂色，残留厚度60～120m，平均80米左右，主要为灰黄色、灰色砂岩、灰色、灰黄色粉砂岩及泥岩等，与下伏山西组整合接触。 （6）第四系（Q） 主要为红土及黄土，黄土为马兰期黄土，广泛掩盖全区，构成标准的黄土高原外观，不整合于老地层之上，厚25～50m。 3 地球物理特征 据测区附近资料，反映出本区如下的地电特征 （1） 黄土、亚粘土电阻率值最低，ρ 值在 3060Ωm 之间，低于泥岩、砂岩、煤和灰岩； （2） 泥岩电阻率值次之，ρ 值在70150Ωm之间变化，高于黄土、粘土及粘土岩，但低于砂岩、煤层和灰岩； （3） 砂岩电阻率值，ρ 值在80300Ωm 之间变化， （4）煤层电阻率较高，ρ 值在200500Ωm 之间变化，高于黄土、粘土泥岩和砂岩，但低于灰岩，是本次探测的目标层； （5）灰岩电阻率最高，ρ 值在300Ωm 以上。 就本次勘探而言，所测的目标地质体为采空区，在电性反映为高阻（相对周围的煤层），若采空区塌陷，其内部充填的松散物的电阻率与周围介质相比仍然相对高阻。若采空区内充水，则反映为低阻；由此可见，采空区的视电阻率明显区别于未采空区的视电阻率，或相对周围较高，或相对周围较低，这是本次勘探的地球物理前提。 4 工作方法 本次瞬变电磁法所使用仪器为廊坊物化探所生产的IGGETEM－20 瞬变电磁测量系统，电源为24V 蓄电池，实际工作中电流保证在7A 以上；参数设置时基10、20ms，Log14，接收线圈延时30us，迭加次数128 次。 瞬变电磁法野外工作采用重迭回线装置，线框边长80 米。物探测线在村庄周围共布置3 条剖面线，编号为1、2、3，点距20 米，线距100 米及140米，进行瞬变电磁法测量。其中布设的3 条测线中，2 剖面线也为试验线，其东端穿入已知采空区，遵循已知到未知，从已知采空区追索到未知采空区，即用测量所得已知采空区特征去印证未知采空区。 5 数据处理与异常推断解释 （1）数据处理 野外采集的数据经传输软件输入电脑后，按所需格式进行编辑保存。测量成果使用物化探所的TDEM工作站系统软件，该软件可在人工干预下完成正反演，能进行滤波、编辑、自动做出电压剖面图、视电阻率平面图、电阻率分层图。最终提供的成果图件为视电阻率断面图。 2）异常推断解释 a 采空区异常确定的依据和原则 根据区内各种岩层的电性特征，采空区及受其影响产生的裂隙、松动应为高阻反映，在本工区内采空充水后为低阻反映。根据地质特征，煤系地层岩层倾角为2～8，构造简单，无大的断层破碎带和陷落柱。可排除构造及其它地质体的影响。因此，物探剖面线视电阻率拟断面图上，在煤层深度范围内的低阻异常可确认为采空区。 采空区深度的确认依据钻孔柱状图，以村庄地表为参照，4＃ 煤层深约180m 左右，9＃ 煤层深约240m 左右，结合各剖面线相对标高，地层倾向、倾角、起伏，采空深度应在150～260 米之间。西北侧较浅、南东侧较深。 b 异常推断解释 由1、2、3 剖面线视电阻率拟断面图可知，各剖面线上多处地方出现在深250 米左右的区域有低阻异常带，视电阻率小于30Ωm。根据地质资料，深250 米左右为9＃ 煤层开采深度，另2 剖面线的东端布设在已知采空区内，也有同样的特征，说明在深250 米左右的区域的低阻异常带为采空区。 ①剖面线 由1 剖面线视电阻率拟断面图可知，位于剖面线东向西250－370 米、490－530 米之间，深度250米左右区域，明显有2个低阻异常区，视电阻率小于30Ωm，推断此2 处低阻异常区域可能为充水的采空区。 ②剖面线 由2 剖面线视电阻率拟断面图可知，位于剖面线东向西40- 130 米、200- 270 米、300- 630 米之间，深度250 米左右区域，明显有3 个低阻异常区，视电阻率小于30Ωm，推断此3 处低阻异常区域可能为充水的采空区。 ③剖面线 由3 剖面线视电阻率拟断面图可知，在深度250 米左右区域，整条测线上有多处低阻异常区域，视电阻率小于30Ωm，推断这些低阻异常区域可能为充水的采空区。 将以上各剖面线异常展布到平面图上，结合矿区采掘工程平面图，推断圈出了3 处采空区范围，编号为Y1、Y2、Y3。Y3 采空区位于已知采空区内，是已知采空区，而Y1、Y2 采空区的特征与Y3 一样，为推测采空区。从圈出了3 处采空区可以看出，Y1 采空区位于村庄下部，Y2 采空区也有少部分进入了村庄，说明煤矿采空区是引发村庄南部房屋出现裂缝的一个重要原因。测量结果为采空区工程验证和地质灾害治理提供了依据。 6 结论 用矿井瞬变电磁法探测与钻探相结合的方法,它是进行煤田水文地质勘探的有效手段, 可以大大提高工作效率,在治理煤矿采空区引发地质灾害时，采用瞬变电磁法测量煤矿采空区，是一种经济、有效的方法，能为采空区工程验证和地质灾害治理提供依据