瞬變電磁法和鉆探法相結(jié)合在探測王晁井田馬樓斷層中的應(yīng)用

朱信龍

（棗莊王晁煤礦有限責任公司，山東 棗莊 277518）

引言

煤礦在勘探階段由鉆孔控制的落差較大斷層，位置控制準確性差，輕者會造成資源回收率低，嚴重時會因水文地質(zhì)條件不清而造成水災(zāi)事故，因此在采掘過程中接近斷層時必須做好探測工作，查明斷層位置和水文地質(zhì)特征。利用物探和鉆探相結(jié)合的方法進行超前探測，可以準確查明前方區(qū)域的斷層位置和水文地質(zhì)條件，而瞬變電磁法是物探中最為常用和有效的手段之一，應(yīng)用較為廣泛。經(jīng)多次探測表明，瞬變電磁法超前探測可以準確反應(yīng)出巷道前方低阻區(qū)地質(zhì)體的空間分布特征和富水特征，可以為礦井防治水害提供依據(jù)。

1 工作面概況

王晁煤礦20406工作面、20408工作面均位于-400 m水平204采區(qū)南翼，主采12下煤層，東部為20404工作面采空區(qū)，西部為20410工作面，北部為-400東翼軌道巷和皮帶巷，南部為生產(chǎn)礦井地質(zhì)報告提供的馬樓斷層。

1.1 煤層概況

20406工作面、20408工作面圈定范圍內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定，12下煤層一般厚度1.25 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層傾角5°～8°，頂板為4～10 m厚的灰黑色泥巖，局部相變?yōu)榧毶皫r，底板為平均厚度2.5 m的八灰。煤層普遍存在一層0.1～0.3 m厚的泥巖偽頂和偽底。

1.2 水文地質(zhì)概況

20406巷道、20408巷道部分區(qū)段穿過馬樓斷層，該斷層在王晁井田尚未揭露，根據(jù)《生產(chǎn)礦井地質(zhì)報告》（2013）提供資料，該斷層為正斷層，走向北東，傾向北西，傾角70°，落差60～0～65 m左右，東西落差大而中間落差小。在38～39勘查線附近，煤巖層傾角較大，斷層兩盤落差由于煤巖層傾角加大而不明顯，在201軌道巷、皮帶巷、20121材料道和20118皮帶巷掘進過程中均未揭露，證明馬樓斷層在201采區(qū)已尖滅。井田東部靠近留莊礦附近，根據(jù)留莊礦開采情況，其并未揭露馬樓斷層，本井田20402工作面接近馬樓斷層區(qū)域時，煤層傾角變大（最大達到35°）。相鄰201采區(qū)20110上材料道掘進至910 m接近馬樓斷層時，底板八灰出水，出水量5～8 m3/h，經(jīng)觀測八灰裂隙發(fā)育，發(fā)育寬度0.1～0.2 m，長度0.3～0.5 m，隨后進行了直流電法探測，經(jīng)探測發(fā)現(xiàn)前方存有低阻異常區(qū)，并符合斷層的特征，后停止了該巷道的掘進。

2 礦井瞬變電磁法

2.1 礦井瞬變電磁法原理、特點

煤礦瞬變電磁法基本原理與地面常用的瞬變電磁法的工作原理是一樣的，采用的物探儀器和大量測量數(shù)據(jù)的各種裝置形式、時間、窗口、原因也是一樣的。地面常用的瞬變電磁法為半空間瞬變響應(yīng)，該瞬變響應(yīng)全部來自于地表淺部以下半空間煤、巖層。而煤礦瞬變電磁法為全空間瞬變響應(yīng)原理，這種瞬變響應(yīng)是來自于回線平面的上下（或兩側(cè)）地層。

煤礦礦井瞬變電磁法與地面瞬變電磁法相比具有以下幾個方面的特點：

1）由于井下測量環(huán)境、地質(zhì)水文環(huán)境不同于地表，不可能采用地表測量時使用的大線圈（邊長大于50m）設(shè)備，只能采用邊長1.0～2.5 m的多匝小線圈，測定方式一般采用中心觀測方式或偶極觀測方式。因此數(shù)據(jù)采集工作量非常小，測量設(shè)備輕便，不需要太多的人員，工作時間短，工作效率較高。

2）由于設(shè)備所用的線圈邊較小，測量點距較密（一般為5～15 m），可以有效降低體積效應(yīng)的影響，從而提高物分辨率和準確性，特別是橫向分辨率得到了大幅提高。

3）由于井下物探裝置距離異常體更近，大大提高了測量信號的信噪比，實際測量結(jié)果可以完全證明，井下測量信號的強度比地面同樣有效面積的相同裝置測量的信號強度高20～150倍。井下的相對干擾信號相對有用信號近似等于零（大于30 ms時間段），而地面測量信號在衰減到一定時間段（一般小于10 ms）就被干擾信號所覆蓋。

4）地面瞬變電磁法勘探的方法，一般只能將線圈水平放于地面進行測量，而煤礦井下瞬變電磁法可以將線圈平面以任意的角度放置于巷道或工作面之中進行全方位測量，能夠有效探測線圈平面法線方向一定深度內(nèi)含水異常體垂向和橫向發(fā)育的水文地質(zhì)規(guī)律。因此，通過對發(fā)射線圈方位的細節(jié)調(diào)整完全可以實現(xiàn)對整個巷道內(nèi)頂板和底板一定范圍內(nèi)含水低阻異常體分布規(guī)律的準確探測。

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

物探數(shù)據(jù)的采集由電腦自動控制進行，自動記錄和存儲分析，與電腦連接可實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)回放，并進行數(shù)據(jù)分析。由于探測采用的是小線框，各測點的距離可以根據(jù)勘探任務(wù)要求發(fā)生變化。但進行實際測量時，采用多匝線圈，在巷道側(cè)一幫進行測量時，線框平面可以根據(jù)探測任務(wù)的要求設(shè)計進行相應(yīng)的探測方向。由于發(fā)射線框和接受線框分別為匝數(shù)不等、并且安全分離的兩個獨立線框，用以與地下（前方）異常體產(chǎn)生最佳耦合效果互相響應(yīng)。

2.3 資料處理流程

瞬變電磁資料的處理和解釋工作往往是同時交互進行的，它們之間存在一種從實踐到認識的提高過程。資料解釋是建立在資料處理后的視電阻率擬斷面圖的基礎(chǔ)上。在初步解釋成果的基礎(chǔ)上，進一步調(diào)整處理的窗口之后，再作反復(fù)的分析及解釋，必要時可進行反復(fù)的處理及解釋，如圖1所示。

在首先進行了原始觀測數(shù)據(jù)的整理之后，經(jīng)過反復(fù)進行畸變數(shù)據(jù)的剔除與校正、各測點的視電阻率反演與正演以及與地層地質(zhì)資料的對比等過程，最終繪制出測線的視電阻率等值線圖。

2.4 工作量

本階段探測工作在20406材料道共進行3次物探，在20408材料道共進行2次物探，為更好地驗證本次物探結(jié)果的可靠性，王晁煤礦利用MYJ-650型專用探放水鉆機進行鉆探驗證，鉆探過程中，僅有少量出水現(xiàn)象，估測水壓應(yīng)小于0.1 MPa，出水量在3～5 m3/h，由此證明，此次瞬變電磁法的效果較好，結(jié)論較為準確。

2.5 探測結(jié)果對比

3 結(jié)語

本次對馬樓斷層探測采用物探與鉆探相結(jié)合的方法，瞬變電磁法選取得當、設(shè)計合理，每次物探后均進行鉆探驗證，在資料處理時，加強了資料的分析對比研究力度，獲得了良好的地質(zhì)效果。此階段的探測均未探測到明顯斷層特征，出水量較為頂板砂巖含水層及薄層灰?guī)r裂隙含水層所致，后經(jīng)掘進實測揭露煤巖層傾角在15°～20°，較之前正常塊段的5°～8°明顯變大。原生產(chǎn)礦井地質(zhì)報告提供的馬樓斷層，是根據(jù)鉆孔高差與正常煤巖層傾角推斷，由此證明該推斷方法可靠性性差，與實際差距較大。通過探測結(jié)果綜合分析馬樓斷層在204采區(qū)南翼局部區(qū)域落差變小并尖滅，但未探測區(qū)域不能排除存在斷層的可能，斷層落差修正為0～62 m。