綜合物探方法在雙馬煤礦的應(yīng)用

辛磊　丁占平

摘 要：煤層在開采過程中遇到?jīng)_擊巖層包裹體，傳統(tǒng)方法很難控制包裹體的范圍。利用礦用瞬變電磁法、礦用并行直流電法、礦井地震波法探測沖擊巖層包裹體的邊界，在勘探有效范圍內(nèi)確定沖擊性巖層包裹體的大致范圍，給巷道布置提供更加科學(xué)合理的建議，為煤礦生產(chǎn)節(jié)約大量成本。

關(guān)鍵詞：沖擊巖層包裹體；瞬變電磁法；并行直流電法；礦井地震波法；富水性；視電阻率；視電阻率相關(guān)系數(shù)

前言

雙馬煤礦是在馬家灘礦區(qū)建設(shè)的大型礦井。4-1煤邊界泄水巷掘進時，在煤層中發(fā)現(xiàn)有疑似沖擊巖層包裹異常體發(fā)育，巖性為中粒砂巖。繼續(xù)掘進，發(fā)現(xiàn)該異常體發(fā)育形態(tài)呈增大趨勢。巷道沿煤層頂板掘進，且煤層頂板完好，未受構(gòu)造影響所變化，掘進迎頭煤層沿巷道方向的偽傾角是13°，左幫夾矸比較穩(wěn)定。為了更準(zhǔn)確的掌握該地質(zhì)異常體的發(fā)育形態(tài)，決定采用瞬變電磁法和礦井地震波法及鉆探來查明該地質(zhì)異常體的分布情況和巷道掘進前方的煤層頂?shù)装鍑鷰r相對富水性情況。

1 探測任務(wù)

4-1煤邊界泄水巷掘進至?xí)r，在煤層中發(fā)現(xiàn)有疑似沖擊性巖層包裹異常體發(fā)育，巖性為中粒砂巖。繼續(xù)掘進，發(fā)現(xiàn)該異常體發(fā)育形態(tài)呈增大趨勢。本次探測用綜合物探的方法探明該沖擊性巖層包裹體的范圍。

2 物探工作

2.1 物探方法選擇

通過現(xiàn)場踏勘并對礦方提供的地質(zhì)資料進行分析，結(jié)合地質(zhì)異常體的地球物探特征條件，物探工作采用礦井瞬變電磁法和地震波反射技術(shù)法進行探測。

2.2 物探原理

2.2.1 礦井瞬變電磁法

瞬變電磁法基本工作方法是：放置通以一定電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產(chǎn)生一次電磁場，并在地下導(dǎo)電巖礦體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，斷電后，感應(yīng)電流由于損耗而隨時間衰減。衰減過程分為早、中和晚期。早期的電磁場衰減快，趨膚深度??；而晚期成分衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。

2.2.2 地震波反射技術(shù)法

（1）單點探測原理。單點探測技術(shù)是源于反射地震波勘探中的自激自收方式，即反射波中偏移距為零的垂直反射形式。它是通過接收巖、煤層界面的地震波垂直反射信號，來解析計算目的層距離或厚度的。波速必須是一已知數(shù)，其取值準(zhǔn)確與否，直接影響到目的層距離或厚度探測的精度。

（2）反射共偏移探測技術(shù)。反射共偏移探測技術(shù)是依據(jù)反射波勘探原理，在單邊排列分析基礎(chǔ)上選定最佳偏移距，并按一定的步距同步前移完成探測任務(wù)。根據(jù)測試所獲得的地震波記錄，進行反射波相位追蹤，確定各個界面的反射波組并求取反射相位時間，即可求解探測目標(biāo)體的深度，并進行地質(zhì)解釋。

3 測線布置

3.1 礦井瞬變電磁法

瞬變電磁法主要對掘進迎頭及巷道右?guī)瓦M行探測，裝置選擇中心重疊方式，線框大小為2m×2m，發(fā)射線圈9匝，接收線圈18匝。迎頭按半圓型布設(shè)了3個半圓測線，分別為頂板45°、順層、底板45°。每條測線為13個測點。

3.2 地震波反射技術(shù)法

用地震波反射技術(shù)法對掘進迎頭及巷道右?guī)妥鎏綔y。

3.2.1 迎頭單點探測

在迎頭位置進行單點探測，共采集30個點，增益分別問24DB、36DB、48DB。

3.2.2 右?guī)头瓷涔财铺綔y

緊貼迎頭在右?guī)瓦M行反射共偏移探測，偏移距4m，步距2m，道間距2m，共34個測點。

4 分析與解釋

4.1 礦井瞬變電磁法

經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得出：

4.1.1 11采區(qū)邊界泄水巷迎頭頂板45°富水性比較強。視電阻率值在6Ω·m以下的區(qū)域富水性強，6Ω·m～12Ω·m的區(qū)域富水性較強，12Ω·m～30Ω·m的區(qū)域富水性較弱，30Ω·m以上區(qū)域富水性很弱。

4.1.2 11采區(qū)邊界泄水巷迎頭順層70m范圍的電性變化情況。整個區(qū)域富水性較弱。

4.1.3 11采區(qū)邊界泄水巷迎頭底板45°70m范圍的電性變化情況。從整體上看，左右兩幫的低阻區(qū)域面積很小。

結(jié)合三條測線上的視電阻率剖面圖，得出結(jié)論：迎頭頂板視電阻率值最高，底板次之，順層最低；說明其富水性頂板最弱、底板次之、順層最強；得出左幫高阻區(qū)域是由于煤層引起，而由于瞬變電磁法擴散角度對探測方向有一定的影響，所以高阻煤層對頂板45°視電阻率值影響最大，其次為順層、再次為底板45°，右?guī)偷妥鑵^(qū)域是由于沖擊性巖層包裹體引起，其縱向范圍由于探測距離不夠未能控制。

4.2 地震波反射技術(shù)法

4.2.1 迎頭單點探測結(jié)果

根據(jù)頻譜分析，采用地震波傳播綜合波速為3.0m/ms。從數(shù)據(jù)處理中綜合來看，在24m和44m處存在異常界面。44m處異常界面是由于巖性變化引起。

4.2.2 右?guī)头瓷涔财铺綔y結(jié)果

右?guī)吞綔y波形結(jié)果顯示，在靠近迎頭的10m范圍內(nèi)由于探測距離有限，不能探測到煤巖界面，說明煤巖界面有向深部延伸的趨勢，并且斜率很大。

5 結(jié)束語

由于左幫洞室比較多，地震波探測干擾非常明顯，只能根據(jù)瞬變電磁法的探測結(jié)果來劃分異常界面。根據(jù)三種物探方法的反映，結(jié)合泄水巷掘進過程中的地質(zhì)資料，綜合圈定了該疑似沖擊巖層包裹包裹體的平面分布范圍，見圖1。左幫范圍未能控制。本次探測成果基本與鉆探資料相吻合，說明瞬變電磁法及反射地震波法在探測沖擊巖層包裹體的可行性，但是由于波速的控制為地震波法的難點，而這次地震波探測所用波速均為經(jīng)驗波速，主要由頻譜分析、煤層硬度、煤層密度、巖層硬度、巖層密度等物理參數(shù)確定，所以有一定誤差。因此在探測距離上亦有一定誤差。

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