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摘要:瞬變電磁法對一些低阻體反應較強，在煤礦井下水文地質勘察中有廣泛應用。采取該方式可測定含水構造、地下溶洞等不規則水體，規避煤礦開采風險。針對煤礦開采中采空區積水及含水層分布，分析了瞬變電磁法在某煤礦水文地質勘查中的實際應用效果，為煤礦開采合理發展奠定堅實基礎。

關鍵詞:煤礦;水文地質勘查;瞬變電磁法

礦井突水對煤礦生產影響較大，威脅煤礦生產安全，造成嚴重的經濟損失。因此，掌握煤礦區域水文地質構成，可為煤礦開采保駕護航［1］。瞬變電磁法(TransientElectromagneticMethod)依靠不接地回線，并向下方發射脈沖磁場，發射多股脈沖磁場，通過線框/接地電極對渦流場進行科學觀察，可降低測算儀器噪聲、控制誤差、提高勘查速度。當下，瞬變電磁法在煤礦開采中應用尤為廣泛。本研究以某礦井為例，分析瞬變電磁法在煤礦水文地質勘查中的應用，供相關研究參考。

1工程概況

某煤礦位于我國山西地區，礦區有數十年的開采歷史，開采場地不斷西移，深度不斷增加，存在一定的地表裂縫及地表塌陷。礦井水患嚴重，地質構造復雜，在對該煤礦進一步深入開采過程中，發現第四系底礫層水對礦井造成破壞，水流侵入礦井，用水量大大增加，達到30m3/h，且煤礦區域發生了一定面積的塌陷現象。為確保煤礦開采穩定性及持續性，本研究采用瞬變電磁法對礦區水文地質特征進行深入勘查，地面瞬變電磁勘探區域位于礦區北部，勘探面積為1．8km2。

2礦區地質特征分析

2．1地層特性。井田位于長治盆地北部中低山黃土峁梁區，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向長條狀黃土梁，面平坦，梁坡平緩，井田內地勢變化不大，地形總體呈中部高、南北低的趨勢，本次地面瞬變電磁勘探區內海拔最高點位于測區東南部1620#線的640點，標高約1063m，最低點位于測區西北部660#線1520#點，標高約941m，相對高差約122m。勘查區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其進行覆蓋［2］。通過現場地層鉆孔勘查，并分析已有的歷史地質資料，得到以下結論:在該煤礦中，發現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水文地質特征。2．2．1第四系含水/隔水層。礦區第四系厚度為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，最高埋深達到58．50m，最低埋深達到36．24m，土質主要為淺黃、灰黃色粉砂，有少量粗礫，降水補給上以大氣自然降水為主，東南位置的奧陶系灰巖含水層也為煤礦提供水分補給。(2)隔水層。最大厚度為25．01m，最小厚度達12．38m，平均19．32m。隔水層由砂質黏土(紫紅色、黑褐色)粉砂質黏土組成，有鈣質結核、砂礓存在。該地層具有較強的可塑性，測試其黏滯系數達到19．38。隔水層各黏土分布穩定，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，以泥質接觸膠結在一起，導致含水層自身缺乏分選性。但是含水層自身具有一定的穩定性，補給上通過東南部奧陶系灰巖含水層進行補給。2．2．2二疊系含水層。二疊系含水層最大厚度為620m，對含水層進行多次鉆孔勘測，最終判斷二疊系含水層為主要的含煤地層［3］。礦區主要以山西組B2煤層為開采區域。對風氧化帶含水層、主采煤層B2頂底板砂巖裂隙含水層進行研究發現，其對煤礦開采穩定有直接影響，對該礦礦坑充水造成了較大影響。(1)對風氧化帶而言，最高厚度為25m，最低厚度也達到20m，風氧化帶自身強風化裂隙發育，風氧化帶對第四系底部含水層的實際組成有嚴重影響。(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，材質上以泥巖、細砂巖為主，但實際上分布具有穩定性，具有強烈富水性，對煤礦開采發生礦坑涌水有重要影響［4］。B2主采煤層內部頂板砂巖、裂隙含水層的實際厚度等參數，容易受到采動裂隙深度的影響，一般厚度達到12m，材質上主要是泥巖、粉砂巖，其自身含水層較弱，且其反應出的富水性并不強。2．2．3石炭系石炭系太原組含水層最大厚度達到150．55m，由灰巖、泥巖、粉砂巖、砂層和具體的煤層共同組成，灰巖較多，高達13層，且灰巖自身厚度達到整體太原組的35．85%，對應的巖溶裂隙進一步發育，發現揭露鉆孔部分多出現漏水現象，影響采煤正常進行。太原組含水層表現出強烈的富水性，在石炭系頂部灰巖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，對應的巖性以灰色中厚層狀灰巖及豹皮灰巖淺灰色薄層白云質灰巖為主，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煤層進行充水，采煤層自身含水層也為煤礦形成了一定的充水水源補給。(2)充水路徑。該礦開采中，充水以斷層破碎帶導水，形成的冒落帶高度導通風氧化帶含水層，含水層導致大量水涌入礦坑中［5］。(3)突水點。礦區中斷層具有導水性，斷層面及破碎帶的承壓水極易進入開采工作面中，影響煤礦開采穩定。礦區中不同地層存在不同的傾斜角，大傾斜角最高可達到40°～50°，此外，對礦區東南部奧陶系灰巖露出部位地層的詳細研究，認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系。

3礦區電性分析

針對煤礦開采區域實際地質情況及地質結構，將該區域分為數個單獨電性層段: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，為數十歐姆;石炭、奧陶系地層視電阻率最高，巖性為石灰巖、鈣質泥巖，視電阻率為440～700Ω•m。煤礦開采中，采空區上部巖層受重力影響，將發生塌陷，導致煤層上覆巖體失去穩定性，有部分巖移出現，巖層發生破碎，失去完整性及連續性［6］。煤礦采空上部區域電阻率將呈現出高阻特性，且存在視電阻率等值線波動現象。若采空區空隙由泥質填充后，對應的電阻率具有低阻特征，可根據該現象劃分不同的采空區。

4數據采集及資料解譯

瞬變電磁法技術上以不接地回線/接地電機間的方波電流，向規定部位地下部分循環發射電磁場，同時，以線圈檢測地下地質特征并記錄，形成二次渦旋電磁場后，可進一步分析該區域電磁場的時空特點，便于分析地質構造，劃分不同的開采區域［7］。本研究選用PROTEM67D瞬變電磁勘探系統，600m×600m單匝矩形回線為發射框，線圈實際接收面積達到200m2，運行需保證2．5Hz頻率、18A電流及增益23dB。工程測試設置30條測試線，物理點在788個以上，控制兩線間隔40m，兩點間距20m，有效控制面積為0．61km2。本研究采用TEMIXXLv4．0軟件處理數據。礦區80#線視電阻率斷面如圖1所示，圖中虛線為預測的地層實際分界線，粗實線是開采完成的B2煤層。320～480m處黑色橢圓虛線中的低阻異常區為地質勘探之后的積水采空區域，對應的視電阻率在25Ω•m以下，且具有低阻性。通過該斷面圖對F4、F4－1斷層進行詳細分析，發現其低阻反映明顯，由此可見，兩條斷層中破碎明顯，具有一定的導水性。圖180#線視電阻率斷面(單位:Ω•m)礦區52#線視電阻率斷面如圖2所示。分析該圖可知:該線煤層并未經過開采，虛線位置為預測地層分界線，其電性分層明顯，在480#點附近，發現視電阻率表現為低阻反映，粗實線區域發現第四系水深入到煤礦開采層中，導致低阻異常。

5結語

對某礦通過進行電法勘探，發現了3個積水采空區，積水采空區最大面積達到0．014km2。在未開發的煤層區域，發現有兩個富水區，面積達到0．015km2。該礦開采區域組成結構復雜，地層存在較大的圖252#線視電阻率斷面(單位:Ω•m)傾斜角度，推測解譯出的斷層有2條，分別為F4、F4－1，為正斷層，且破損嚴重，NNE走向，兩斷層位于富水區附近，易形成上覆地層及導水通道。

參考文獻

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

［2］關勇．瞬變電磁法在煤礦水文地質災害調查中的應用［J］．機械管理開發，2017，32(10):126-128．

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

［4］宗偉琴．兩種物探技術在金鳳煤礦北部采區水文地質勘探中的應用［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勘查中的應用［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在同家梁礦的應用［J］．礦業裝備，2018(4):66-67．

作者:王桀 單位:山西潞安環能上莊煤業有限公司