導(dǎo)語：煤礦水文地質(zhì)勘查瞬變電磁法研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:瞬變電磁法對(duì)一些低阻體反應(yīng)較強(qiáng)，在煤礦井下水文地質(zhì)勘察中有廣泛應(yīng)用。采取該方式可測(cè)定含水構(gòu)造、地下溶洞等不規(guī)則水體，規(guī)避煤礦開采風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)煤礦開采中采空區(qū)積水及含水層分布，分析了瞬變電磁法在某煤礦水文地質(zhì)勘查中的實(shí)際應(yīng)用效果，為煤礦開采合理發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:煤礦;水文地質(zhì)勘查;瞬變電磁法

礦井突水對(duì)煤礦生產(chǎn)影響較大，威脅煤礦生產(chǎn)安全，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，掌握煤礦區(qū)域水文地質(zhì)構(gòu)成，可為煤礦開采保駕護(hù)航［1］。瞬變電磁法(TransientElectromagneticMethod)依靠不接地回線，并向下方發(fā)射脈沖磁場(chǎng)，發(fā)射多股脈沖磁場(chǎng)，通過線框/接地電極對(duì)渦流場(chǎng)進(jìn)行科學(xué)觀察，可降低測(cè)算儀器噪聲、控制誤差、提高勘查速度。當(dāng)下，瞬變電磁法在煤礦開采中應(yīng)用尤為廣泛。本研究以某礦井為例，分析瞬變電磁法在煤礦水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用，供相關(guān)研究參考。

1工程概況

某煤礦位于我國(guó)山西地區(qū)，礦區(qū)有數(shù)十年的開采歷史，開采場(chǎng)地不斷西移，深度不斷增加，存在一定的地表裂縫及地表塌陷。礦井水患嚴(yán)重，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，在對(duì)該煤礦進(jìn)一步深入開采過程中，發(fā)現(xiàn)第四系底礫層水對(duì)礦井造成破壞，水流侵入礦井，用水量大大增加，達(dá)到30m3/h，且煤礦區(qū)域發(fā)生了一定面積的塌陷現(xiàn)象。為確保煤礦開采穩(wěn)定性及持續(xù)性，本研究采用瞬變電磁法對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)特征進(jìn)行深入勘查，地面瞬變電磁勘探區(qū)域位于礦區(qū)北部，勘探面積為1．8km2。

2礦區(qū)地質(zhì)特征分析

2．1地層特性。井田位于長(zhǎng)治盆地北部中低山黃土峁梁區(qū)，第四系黃土大面積覆蓋，屬黃土侵蝕地貌。黃土被溝壑切割成近SN向長(zhǎng)條狀黃土梁，面平坦，梁坡平緩，井田內(nèi)地勢(shì)變化不大，地形總體呈中部高、南北低的趨勢(shì)，本次地面瞬變電磁勘探區(qū)內(nèi)海拔最高點(diǎn)位于測(cè)區(qū)東南部1620#線的640點(diǎn)，標(biāo)高約1063m，最低點(diǎn)位于測(cè)區(qū)西北部660#線1520#點(diǎn)，標(biāo)高約941m，相對(duì)高差約122m?？辈閰^(qū)域含煤地層為古生界二疊系上下石盒子組、山西組，在該煤層上方部分主要是新生界松散層對(duì)其進(jìn)行覆蓋［2］。通過現(xiàn)場(chǎng)地層鉆孔勘查，并分析已有的歷史地質(zhì)資料，得到以下結(jié)論:在該煤礦中，發(fā)現(xiàn)其古生界上部地層從上往下分別為本溪組、太原組(石炭系)以及二疊系山西組、下石盒子組、石千峰組。2．2水文地質(zhì)特征。2．2．1第四系含水/隔水層。礦區(qū)第四系厚度為72．64～52．14m，東部較薄，西部較厚，由東向西逐漸增加。巖性以黏土、粉砂、砂黏土、粗粒砂為主。(1)潛水含水層。厚度為34～49m，最高埋深達(dá)到58．50m，最低埋深達(dá)到36．24m，土質(zhì)主要為淺黃、灰黃色粉砂，有少量粗礫，降水補(bǔ)給上以大氣自然降水為主，東南位置的奧陶系灰?guī)r含水層也為煤礦提供水分補(bǔ)給。(2)隔水層。最大厚度為25．01m，最小厚度達(dá)12．38m，平均19．32m。隔水層由砂質(zhì)黏土(紫紅色、黑褐色)粉砂質(zhì)黏土組成，有鈣質(zhì)結(jié)核、砂礓存在。該地層具有較強(qiáng)的可塑性，測(cè)試其黏滯系數(shù)達(dá)到19．38。隔水層各黏土分布穩(wěn)定，隔水效果良好。(3)底部含水層。含水層最大厚度為6．15m，最小厚度為3．59m，整體為棕褐色礫石，以泥質(zhì)接觸膠結(jié)在一起，導(dǎo)致含水層自身缺乏分選性。但是含水層自身具有一定的穩(wěn)定性，補(bǔ)給上通過東南部奧陶系灰?guī)r含水層進(jìn)行補(bǔ)給。2．2．2二疊系含水層。二疊系含水層最大厚度為620m，對(duì)含水層進(jìn)行多次鉆孔勘測(cè)，最終判斷二疊系含水層為主要的含煤地層［3］。礦區(qū)主要以山西組B2煤層為開采區(qū)域。對(duì)風(fēng)氧化帶含水層、主采煤層B2頂?shù)装迳皫r裂隙含水層進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其對(duì)煤礦開采穩(wěn)定有直接影響，對(duì)該礦礦坑充水造成了較大影響。(1)對(duì)風(fēng)氧化帶而言，最高厚度為25m，最低厚度也達(dá)到20m，風(fēng)氧化帶自身強(qiáng)風(fēng)化裂隙發(fā)育，風(fēng)氧化帶對(duì)第四系底部含水層的實(shí)際組成有嚴(yán)重影響。(2)山西組B2主采煤層的頂板砂巖、裂隙含水層最大厚度較大，材質(zhì)上以泥巖、細(xì)砂巖為主，但實(shí)際上分布具有穩(wěn)定性，具有強(qiáng)烈富水性，對(duì)煤礦開采發(fā)生礦坑涌水有重要影響［4］。B2主采煤層內(nèi)部頂板砂巖、裂隙含水層的實(shí)際厚度等參數(shù)，容易受到采動(dòng)裂隙深度的影響，一般厚度達(dá)到12m，材質(zhì)上主要是泥巖、粉砂巖，其自身含水層較弱，且其反應(yīng)出的富水性并不強(qiáng)。2．2．3石炭系石炭系太原組含水層最大厚度達(dá)到150．55m，由灰?guī)r、泥巖、粉砂巖、砂層和具體的煤層共同組成，灰?guī)r較多，高達(dá)13層，且灰?guī)r自身厚度達(dá)到整體太原組的35．85%，對(duì)應(yīng)的巖溶裂隙進(jìn)一步發(fā)育，發(fā)現(xiàn)揭露鉆孔部分多出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，影響采煤正常進(jìn)行。太原組含水層表現(xiàn)出強(qiáng)烈的富水性，在石炭系頂部灰?guī)r及主材層間存在一定的距離，距離范圍為45～50m。2．2．4奧陶系。奧陶系整體厚度約253m，對(duì)應(yīng)的巖性以灰色中厚層狀灰?guī)r及豹皮灰?guī)r淺灰色薄層白云質(zhì)灰?guī)r為主，層間裂隙充填石膏，厚度為200～300m，含水微弱。2．2．5礦坑充水的影響因素。(1)充水水源。砂巖裂隙水、第四系底部含水層及石炭、奧陶系巖溶裂隙的含水層都對(duì)煤層進(jìn)行充水，采煤層自身含水層也為煤礦形成了一定的充水水源補(bǔ)給。(2)充水路徑。該礦開采中，充水以斷層破碎帶導(dǎo)水，形成的冒落帶高度導(dǎo)通風(fēng)氧化帶含水層，含水層導(dǎo)致大量水涌入礦坑中［5］。(3)突水點(diǎn)。礦區(qū)中斷層具有導(dǎo)水性，斷層面及破碎帶的承壓水極易進(jìn)入開采工作面中，影響煤礦開采穩(wěn)定。礦區(qū)中不同地層存在不同的傾斜角，大傾斜角最高可達(dá)到40°～50°，此外，對(duì)礦區(qū)東南部奧陶系灰?guī)r露出部位地層的詳細(xì)研究，認(rèn)為該部分地層趨于直立。大氣自然降水及第四系含水層為奧陶系提供水源供給，奧陶系巖溶孔隙及第四系底部含水層形成了水力聯(lián)系。

3礦區(qū)電性分析

針對(duì)煤礦開采區(qū)域?qū)嶋H地質(zhì)情況及地質(zhì)結(jié)構(gòu)，將該區(qū)域分為數(shù)個(gè)單獨(dú)電性層段:主要是新生界地層和煤系地層，其中新生界地層視電阻率最低，為數(shù)十歐姆，其次是煤系地層，其視電阻率高于新生界地層，又在石炭、奧陶系地層之下，為數(shù)十歐姆;石炭、奧陶系地層視電阻率最高，巖性為石灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖，視電阻率為440～700Ω•m。煤礦開采中，采空區(qū)上部巖層受重力影響，將發(fā)生塌陷，導(dǎo)致煤層上覆巖體失去穩(wěn)定性，有部分巖移出現(xiàn)，巖層發(fā)生破碎，失去完整性及連續(xù)性［6］。煤礦采空上部區(qū)域電阻率將呈現(xiàn)出高阻特性，且存在視電阻率等值線波動(dòng)現(xiàn)象。若采空區(qū)空隙由泥質(zhì)填充后，對(duì)應(yīng)的電阻率具有低阻特征，可根據(jù)該現(xiàn)象劃分不同的采空區(qū)。

4數(shù)據(jù)采集及資料解譯

瞬變電磁法技術(shù)上以不接地回線/接地電機(jī)間的方波電流，向規(guī)定部位地下部分循環(huán)發(fā)射電磁場(chǎng)，同時(shí)，以線圈檢測(cè)地下地質(zhì)特征并記錄，形成二次渦旋電磁場(chǎng)后，可進(jìn)一步分析該區(qū)域電磁場(chǎng)的時(shí)空特點(diǎn)，便于分析地質(zhì)構(gòu)造，劃分不同的開采區(qū)域［7］。本研究選用PROTEM67D瞬變電磁勘探系統(tǒng)，600m×600m單匝矩形回線為發(fā)射框，線圈實(shí)際接收面積達(dá)到200m2，運(yùn)行需保證2．5Hz頻率、18A電流及增益23dB。工程測(cè)試設(shè)置30條測(cè)試線，物理點(diǎn)在788個(gè)以上，控制兩線間隔40m，兩點(diǎn)間距20m，有效控制面積為0．61km2。本研究采用TEMIXXLv4．0軟件處理數(shù)據(jù)。礦區(qū)80#線視電阻率斷面如圖1所示，圖中虛線為預(yù)測(cè)的地層實(shí)際分界線，粗實(shí)線是開采完成的B2煤層。320～480m處黑色橢圓虛線中的低阻異常區(qū)為地質(zhì)勘探之后的積水采空區(qū)域，對(duì)應(yīng)的視電阻率在25Ω•m以下，且具有低阻性。通過該斷面圖對(duì)F4、F4－1斷層進(jìn)行詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)其低阻反映明顯，由此可見，兩條斷層中破碎明顯，具有一定的導(dǎo)水性。圖180#線視電阻率斷面(單位:Ω•m)礦區(qū)52#線視電阻率斷面如圖2所示。分析該圖可知:該線煤層并未經(jīng)過開采，虛線位置為預(yù)測(cè)地層分界線，其電性分層明顯，在480#點(diǎn)附近，發(fā)現(xiàn)視電阻率表現(xiàn)為低阻反映，粗實(shí)線區(qū)域發(fā)現(xiàn)第四系水深入到煤礦開采層中，導(dǎo)致低阻異常。

5結(jié)語

對(duì)某礦通過進(jìn)行電法勘探，發(fā)現(xiàn)了3個(gè)積水采空區(qū)，積水采空區(qū)最大面積達(dá)到0．014km2。在未開發(fā)的煤層區(qū)域，發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)富水區(qū)，面積達(dá)到0．015km2。該礦開采區(qū)域組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地層存在較大的圖252#線視電阻率斷面(單位:Ω•m)傾斜角度，推測(cè)解譯出的斷層有2條，分別為F4、F4－1，為正斷層，且破損嚴(yán)重，NNE走向，兩斷層位于富水區(qū)附近，易形成上覆地層及導(dǎo)水通道。

參考文獻(xiàn)

［1］杜賢軍．瞬變電磁法在煤礦斷層導(dǎo)水性勘查中的應(yīng)用［J］．山東國(guó)土資源，2017，33(4):59-62．

［2］關(guān)勇．瞬變電磁法在煤礦水文地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用［J］．機(jī)械管理開發(fā)，2017，32(10):126-128．

［3］劉洋．綜合物探技術(shù)在煤炭礦井水文地質(zhì)中的應(yīng)用研究［J］．山東工業(yè)技術(shù)，2017(9):72-73．

［4］宗偉琴．兩種物探技術(shù)在金鳳煤礦北部采區(qū)水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用［J］．神華科技，2018，16(4):14-20．

［5］徐劍鋒．大定源回線裝置在礦井水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用［J］．科技資訊，2017，15(7):62-63．

［6］王佳岑．瞬變電磁法在礦井下的應(yīng)用和疑難問題探討［J］．低碳世界，2017(16):272-273．

［7］朱晶淺談瞬變電磁法超前探測(cè)在同家梁礦的應(yīng)用［J］．礦業(yè)裝備，2018(4):66-67．

作者:王桀 單位:山西潞安環(huán)能上莊煤業(yè)有限公司