高密度电法在煤矿采空区的应用.doc

收稿日期2009-04-14作者简介刘 江1968-,男,陕西兴平人,2003年获中国矿业大学工程硕士学位,高级工程师,一直从事电磁法勘探的管理和技术工作。 高密度电法在煤矿采空区的应用 刘 江,王施智,王 伟 陕西省煤田地质局物探测量队,陕西西安 710005 摘 要本次采用了高密度电法对采空区进行了勘探,并从地面电法的工作原理、工作方法、资料分 析和成果等方面进行了介绍,总结出采空区经济有效的勘探方法。关键词高密度电法;煤矿采空区;应用中图分类号P631.3 文献标识码B 文章编号1671-749X 201001-0074-02 0 引言 随着国家煤炭资源的不断开采,留下了大量的 采空区,这些采空区往往对地面建筑物的安全构成严重威胁,甚至造成人身伤亡事故。由于采空区的赋存状态千差万别,地质条件复杂,对采空区的勘探造成了很大难度,本人近几年来在这方面做了一些有益的尝试,取得了一定的地质效果。 1 测区概况及工作原理 1.1 测区概况 矿区内地表被大面积风积沙覆盖,多呈新月形沙丘或波状沙丘,植被稀疏,属半荒漠地区。区内基本构造形态为北西倾斜的单斜构造,产状较平缓,倾角1左右,未见大的断裂及褶曲构造。据钻孔揭露和地面观测资料,地层从下而上为三叠系上统永坪组T 3y 、侏罗系中统延安组J 2y 、第三系N 2及第四系Q 4。 本区含煤地层为侏罗纪延安组,可采煤层为3-1 、4-2 、4-3 、5 -2 4层。被测矿井只采3-1 号煤层, 煤层埋藏最深约120m ,最浅为0m 。3-1 号煤层可采厚度可采区内煤厚为2.903.15m ,平均厚度2.95m ,煤层厚度变化不大,规律性明显,结构简单,不含夹矸,属稳定型煤层。 本区主要含水层有第四系全新统冲积层孔隙潜 水含水层;侏罗系延安组砂岩裂隙潜水和承压含水 层;烧变岩裂隙潜水含水层;3-1 煤层顶板主要充水层为砂岩裂隙承压水或潜水和烧变岩裂隙潜水。上述第四系冲积层孔隙潜水、烧变岩裂隙潜水含水层属中等富水,砂岩裂隙潜水及承压水为弱富水。 据矿井多年实测,一般涌水量为30m 3 /d,涌水量主要来自煤层顶板组砂岩,矿井水文地质类型属以裂隙充水为主的水文地质条件简单型,即二类一型。1.2 工作原理及方法 地球物理特征本区钻孔资料及实测的电法资料分析,各地层均有一定的电性差异,且煤层电阻率明显高于其围岩,煤层的视电阻率在大于300ΩM ,顶板砂岩的视电阻率为6080ΩM ,采空区不充水的视电阻率可视为无穷大,采空区充水后视电阻率为低阻,一般小于30ΩM 。可见煤层、砂岩、泥岩、不充水采空区及充水采空区的电阻率都有明显的电性差异。其地层电性特征如表1。 表1 地层岩性电性特征表 地层 岩性电阻率/ΩM Q 4eol J 2y 流沙 2001000沙土30200中、细砂岩及泥岩 6080煤层 300 已知资料分析测区内有明显的地表裂缝采空塌陷区,首先在该处布设了A8线进行了已知点的试验工作。该剖面垂直于地表采空塌陷区的裂缝孔线,剖面的小号位于采空塌陷区,剖面的大号位于煤层正常区,在70m 左右。 由A8线地电影像剖面图知,探测深度达到80 47刘 江 王施智 王 伟 高密度电法在煤矿采空区的应用 2010年 m 。地表有45m 的干沙,其下厚度20m 左右的 视电阻率在40130ΩM 之间为第三系的粉土,在深度2565m 左右,其视电阻率小于40ΩM 之间为红土、泥岩和粉砂岩,在深度大于65m 是煤层及其下覆地层,其视电阻率大于130ΩM 。该剖面的196206号点在深度65m 处的地层视电阻率小于40ΩM ,分析为煤层采空后充水所致。且在该剖面 的211号点布置了CK2-2钻孔,并在其南北两侧各47m 布置了CK2-1、CK2-3两个钻孔,煤层完全正常。说明本区采空区在视电阻率上表现为低阻异常体,分析为煤层采空后充水所致。 根据本区的地质条件,结合高密度剖面特征分析,本区在剖面中出现煤层层位出现低阻异常,解释为充水采空区。 工作原理及装置由于本区3-1 煤层在东部采空区附近埋深约65m 。所以本次采空区的勘探可采用为地电影像的工作方法。地电影像法是采用密集的电极排列进行纵横向连续数据采集,兼有电剖面法、电测深法优点,可了解排列段地下电性层的纵、横向变化,获得丰富的地质信息。本次地电影像法工作装置主要采用温纳装置,为获得更多的信息,还进行了施伦贝尔装置的测量,采用10m 电极间距观测,电极数57个,剖面数N 19。 高密度电法系统示意图见图1 。 图1 高密度电法系统示意图 2 资料整理及地质成果 2.1 资料整理及解释 资料整理野外观测数据进入计算机后,经过BTRC 程序转换成可供Res2dinv 程序和S URFER 程序应用的数据格式,资料解释主要依据RES2D I N V 程序的反演计算结果,进行综合分析对比,剔除因地 形或电极周围的局部不均匀体所引起的干扰异常,去伪存真,根据采空区岩性的电性特征,选择合理的等值线间隔和色彩,最终形成地质解释剖面示意图。剖面纵轴为地面向下埋深,横轴为点号单位m ,色标为反演模型视电阻率值单位ΩM ,供室内解释。 资料解释图2为A1线地电影像剖面图。该剖面层位比较完整,基本呈水平层状分布,只在203205号点处的深度68m 以下有一视电阻率小于65ΩM 的低阻凹陷区,分析可能为煤层采空后充水所致。A2线地电影像剖面图,剖面层位比较完整,基本呈水平层状分布,而且在深度68m 以下呈视电阻率均大于85ΩM 的层状分布,分析该剖面煤层完整,无煤层采空区 。 图2 A1线地电影像剖面图 2.2 地质成果 根据解释原则及解释方法,对全区各测线逐条进行分析解释,根据各测线综合解释在区内圈定了3-1 煤层的采空区。对物探圈定的成果以四组12个钻孔予以验证,每组钻孔根据现场实际情况,其组内距在47m 之间,钻孔位置的布设在物探成果的基础上,并结合委托方的意见联合布设。经钻孔验证,物探成果可靠,圆满完成了委托方提出的地质任务。 3 结论 本次采空区勘探工作采用地面电法和钻探相结合,圈定了3-1 煤层采空区位置和范围,经钻孔验证 成果可靠。既为甲方节约了费用,又达到了勘探的目的。但由于有些地段受地形限制,致使测量结果影响了采空区的位置和范围划分的精度。在以后采空区勘探中应引起注意。 5 7第1期 刘 江 王施智 王 伟 高密度电法在煤矿采空区的应用