地面電法在山西某煤礦陷落柱富水性勘探中的應(yīng)用

魏宏超

（陜西地礦物化探隊，陜西西安 710043）

地面電法在山西某煤礦陷落柱富水性勘探中的應(yīng)用

魏宏超

（陜西地礦物化探隊，陜西西安 710043）

鉆探資料顯示，山西某煤礦主采煤層3煤層存在陷落柱。為查明陷落柱的富水性，進(jìn)行了直流電法及瞬變電磁法相結(jié)合的勘探工作。利用直流電法確定了第四系與基巖的分界線；而瞬變電磁法探測準(zhǔn)確的解釋了陷落柱的位置及富水性。探測結(jié)果表明，3#煤層的陷落柱雖具有較強(qiáng)富水性，但因其具有較好的密閉性，并未與上部砂巖及下部灰?guī)r之間形成導(dǎo)水通道。

瞬變電磁法；直流電法；陷落柱；富水性

山西某煤礦屬黃土高原丘陵地帶，四周環(huán)山，中間低平，最高點(diǎn)位于井田南部，海拔約+1 003m，東南高于西北，相對高差215m，地表沖溝呈南北向發(fā)育。礦區(qū)地表多被第四系黃土覆蓋，僅在局部出露有二疊系下石盒子組、山西組，奧陶系中統(tǒng)峰峰組。據(jù)勘查及礦井揭露資料，本井田地層發(fā)育情況由老至新有：奧陶系馬家溝組、峰峰組，石炭系本溪組、太原組，二疊系山西組、下石盒子組，上石盒子組；第四系。主要含煤地層為山西組和太原組，其中3煤層全區(qū)穩(wěn)定可采。現(xiàn)有資料表明在勘探區(qū)南部附近有X2陷落柱。為查明采空區(qū)南部X2積水情況，決定進(jìn)行地面瞬變電磁法與直流電法勘探。

1 直流電測深

直流電測深法的工作效率雖低，但分層效果較好，淺部勘探能力強(qiáng)，可以輔助解釋第四系、基巖面埋深和富水性。本次直流電測深進(jìn)行了對稱四極裝置的試驗(yàn)，試驗(yàn)表明最大120m的AB/2極距可解釋第四系基底（基巖風(fēng)化帶）深度。

直流電測深處理首先進(jìn)行一維反演確定第四系與基巖界面深度，然后根據(jù)反演視電阻率、深度，繪制測線的電阻率斷面圖，用于下一步的解釋。圖1是100線直流電測深視電阻率斷面圖，紅線為圈定的第四系和基巖分界面，可以看出富水性強(qiáng)的的附近視電阻率相對較低。

圖1 100線直流電測深視電阻率斷面圖

2 瞬變電磁

瞬變電磁勘探使用重疊回線裝置，結(jié)合本區(qū)的水文地質(zhì)條件，進(jìn)行了儀器參數(shù)試驗(yàn)，確保能記錄到較晚延時的衰變電壓具有較大的勘探深度。通過試驗(yàn)選擇重疊回線發(fā)射線圈10匝2m邊長正方形，接收線圈20匝1m邊長正方形。儀器參數(shù)選用增益8、延時70μs、時窗范圍1-28、疊加次數(shù)256。

瞬變電磁法觀測數(shù)據(jù)是測點(diǎn)在各個延時（時窗）的瞬變感應(yīng)電壓，同一個測點(diǎn)不同延時（時窗）的感應(yīng)電壓不僅與某個深度的地層電阻率具有一定的相關(guān)性，而且和該深度上覆地層電阻率相關(guān)。圖2是采空區(qū)測線的瞬變電磁法視電阻率擬斷面圖，由圖可以采空區(qū)附近視電阻率異常，解釋與富水有關(guān)。

圖2 100線瞬變電磁法視電阻率擬斷面圖

3 陷落柱解釋

瞬變電磁視電阻率擬斷面圖作為含水異常的輔助解釋圖，含水地質(zhì)體的同點(diǎn)裝置瞬變電磁異常反映為電阻率高或電阻率等值線的急劇變化，這一點(diǎn)與直流電測深不同，這是由于含水地質(zhì)體上二次感應(yīng)電壓低和集流效應(yīng)、激發(fā)極化效應(yīng)的存在引起的。

圖3 104線視電阻率擬斷面圖

在本次勘探區(qū)內(nèi)主要的地質(zhì)構(gòu)造為X2陷落柱，根據(jù)補(bǔ)充勘探線分析，勘探區(qū)內(nèi)96線、100線、104線穿過陷落柱。圖2、圖3即為穿過陷落柱X2的測線視電阻率擬斷面圖。通過對斷面圖分析，可以看出在陷落柱X2（圖中紅色圓圈）處電阻率明顯高于周圍測點(diǎn)位置。根據(jù)同點(diǎn)裝置瞬變電磁含水異常反映為電阻率高或電阻率等值線的急劇變化的解釋原則，結(jié)合收集地質(zhì)資料綜合推斷X2陷落柱含水，富水性較強(qiáng)，主要表現(xiàn)為陷落柱邊界部含水。

通過對勘探1區(qū)內(nèi)的X2的陷落柱附近的多測道曲線和視電阻率擬斷面圖分析，可以確定X2陷落柱的富水性較強(qiáng)，但沒有形成3#煤層與上部砂巖水、下部灰?guī)r水的通道。

4 結(jié)束語

瞬變電磁勘探是基于地質(zhì)體的電性差異進(jìn)行異常解釋的，引起地質(zhì)體電性差異的因素很多，同時瞬變電磁勘探與其它物探方法一樣具有多解性，因此，解釋結(jié)果應(yīng)與井下揭露地質(zhì)情況進(jìn)行對比，以便及時修正解釋結(jié)果，提高資料解釋的精度和準(zhǔn)確性。

[1] 方良成，吳榮新，張愛華.煤層工作面內(nèi)陷落柱綜合物探探查[J].中國煤炭地質(zhì)，2013，（11）.

[2] 尹奇峰，潘冬明，于景邨，等.煤礦陷落柱地震識別技術(shù)研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2012，（5）.

[3] 段建華，許超.地面物探技術(shù)在煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素探測中的應(yīng)用[J].中國煤炭地質(zhì)，2015，（10）.

Application of Ground Electrical Method in Water-Rich Exploration of Karst Collapse Column in A Coal Mine in Shanxi Province

Wei Hong-chao

According to drilling data，there is a collapse column in the main coal seam 3 coal seam of a coal mine in Shanxi province.In order to find out the water-richness of the collapse column，the direct current method and the transient electromagnetic method are combined to carry out the exploration work.The boundary line between Quaternary and bedrock is determined by direct current method，while transient electromagnetic method is used to explain the position and water-richness of the subsided column. The results show that the collapsing column of 3 # coal seam has strong water-tightness，but it does not form water-conducting channel between upper and lower limestone.

transient electromagnetic method；direct current method；subsided column；water rich property

TD745

B

1003-6490（2016）11-0093-02

2016-10-27

魏宏超（1967—），男，陜西西安人，助理工程師，主要研究方向?yàn)榈厍蛭锢砜碧健?/p>