瞬變電磁法在探測(cè)淺埋煤層頂板富水性中應(yīng)用和疏放治理

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1、瞬變電磁法在探測(cè)淺埋煤層頂板富水性中應(yīng)用和疏放治理　　摘要：文章基于紅柳林煤礦5-2煤采區(qū)生產(chǎn)受其頂板上覆延安組和直羅組風(fēng)化巖水害威脅，以15205工作面頂板水文地質(zhì)條件為工程背景，采用瞬變電磁法探測(cè)技術(shù)對(duì)該采面頂板主要含水層的富水性及含水構(gòu)造進(jìn)行探查，圈定了兩處富水異常區(qū)，為下一步礦井防治水工作提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：瞬變電磁法；淺埋煤層；頂板；富水性；疏放治理中圖分類號(hào)：TD745文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2013）22-0042-021概述6紅柳林井田位于陜北侏羅紀(jì)煤田神北礦

2、區(qū)最南端，該井田煤炭資源量豐富，開采技術(shù)條件優(yōu)越，煤質(zhì)優(yōu)良，是良好的氣化、化工用煤，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為10Mt/年。5-2煤為紅柳林礦主采煤層，根據(jù)該井田水文地質(zhì)資料，5-2煤層頂板含水層總體上含水量較小，但在某些地段可能導(dǎo)水裂隙較發(fā)育，基巖頂界風(fēng)化帶及新生代沙層底部含水性也很不均勻，部分區(qū)段含水性較強(qiáng)，成為影響5-2煤工作面安全生產(chǎn)的重大隱患。另外，2010年5-2煤上層4-2煤邊界探測(cè)成果中發(fā)現(xiàn)有明顯低阻富水異常區(qū)分布，部分異常區(qū)得到驗(yàn)證，但低阻富水異常區(qū)有繼續(xù)向西延伸的趨勢(shì)，沒有得到有效控制

3、。由于瞬變電磁法觀測(cè)純二次場(chǎng)，對(duì)富水區(qū)、含水構(gòu)造等低阻體反應(yīng)敏感，體積效應(yīng)小、分辨率較高；雖然5-2煤探測(cè)目標(biāo)層埋深較淺，但地表?xiàng)l件比較復(fù)雜，如沙層覆蓋、溝壑縱橫等不利于直流電法的數(shù)據(jù)采集，而瞬變電磁法的數(shù)據(jù)采集及后期資料處理和解釋受地形因素影響較小；另外含煤地層為侏羅系地層，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，沉積序列清晰，正常情況下電性特征在縱向與橫向上都有不變的規(guī)律可循，能夠獲得較好的探測(cè)效果。所以針對(duì)5-2煤層頂板富水性、含水構(gòu)造情況，選擇分辨率較高的瞬變電磁法（TEM）探測(cè)技術(shù)對(duì)井田5-2煤15205工作面頂

4、板主要含水層的富水性及含水構(gòu)造進(jìn)行探查，為下一步礦井防治水工作提供參考依據(jù)。具體地質(zhì)任務(wù)如下：（1）探查15205面上第四系富水區(qū)范圍；（2）探查15205面上基巖富水區(qū)及含水構(gòu)造；（3）探查15205面頂板含水構(gòu)造，并對(duì)潛在突水通道作出預(yù)測(cè)；（4）用鉆探驗(yàn)證15205面物探圈定的異常區(qū)，并對(duì)該面頂板上覆直接充水含水層進(jìn)行預(yù)疏放，以降低工作面涌水強(qiáng)度，保障工作面安全回采。2瞬變電磁法探測(cè)技術(shù)6本次物探工作的目的與任務(wù)為探測(cè)5-2煤層15205工作面頂板富水性、含水構(gòu)造等問題。因此選擇對(duì)含水體等低阻

5、體敏感、分辨率較高的瞬變電磁法（TEM）。2.1瞬變電磁法工作原理瞬變電磁法，簡(jiǎn)稱TEM，是一種建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的時(shí)間域人工激發(fā)源電磁感應(yīng)類探測(cè)方法。其原理是利用不接地回線向地下發(fā)射脈沖式一次電磁場(chǎng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，脈沖電磁波結(jié)束以后，大地或探測(cè)目標(biāo)體在激發(fā)場(chǎng)的作用下，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生的渦流，用線圈觀測(cè)由該脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布，通過利用專門儀器觀測(cè)這種渦流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)（稱為“二次場(chǎng)”）隨著時(shí)間而變化的規(guī)律來解決有關(guān)地質(zhì)問題的時(shí)間域電磁法（脈沖場(chǎng)源）。

6、一般來說，探測(cè)目標(biāo)的幾何規(guī)模越大、埋藏越淺、導(dǎo)電性越好則二次場(chǎng)的信號(hào)越強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，反之，探測(cè)目標(biāo)的幾何規(guī)模越小、埋藏越深、導(dǎo)電性越差則二次場(chǎng)的信號(hào)越弱、持續(xù)時(shí)間越短。通過觀測(cè)和研究“二次場(chǎng)”的空間分布特性和時(shí)間特性，可以推測(cè)解譯地層或地質(zhì)目標(biāo)體的幾何和物性特征。2.2瞬變電磁法的特點(diǎn)瞬變電磁法和其他物探方法相比具有許多優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：（1）該方法觀測(cè)和研究的是“二次場(chǎng)”即純異常場(chǎng)，不6存在一次場(chǎng)的背景干擾，有異于常規(guī)電法，觀測(cè)綜合場(chǎng)的工作方法，使異常簡(jiǎn)化；（2）穿透高阻覆蓋層的能力較強(qiáng)，優(yōu)于傳導(dǎo)

7、類電法探測(cè)；（3）可采用同點(diǎn)組合裝置進(jìn)行觀測(cè)，與探測(cè)目標(biāo)達(dá)到最佳耦合，取得異常響應(yīng)強(qiáng)，形態(tài)簡(jiǎn)單；（4）地形影響小，測(cè)量簡(jiǎn)單，工作效率高。2010年上半年和2011年曾經(jīng)在紅柳林礦東翼5-2煤火燒區(qū)邊界和4-2煤火燒區(qū)邊界進(jìn)行過類似任務(wù)的探測(cè)工作，取得了良好的探測(cè)效果。3現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)實(shí)例分析紅柳林煤礦5-2煤15205工作面位于南一盤區(qū)5-2煤輔運(yùn)大巷北側(cè)，西側(cè)為實(shí)體煤，東側(cè)為15204工作面，南側(cè)為采礦邊界。工作面實(shí)際開采走向長(zhǎng)度3033m，采長(zhǎng)350m。15205面頂板巖性以細(xì)粒砂巖為主，局部為粉砂

8、巖、中粒砂巖，厚度1.6～32.0m，偶見薄層泥巖、炭質(zhì)泥巖偽頂。煤層底板巖性以粉砂巖為主，細(xì)粒砂巖次之，厚度0.65～14.75m，偶見薄層泥巖、砂質(zhì)泥巖底板。15205工作面受水害威脅最大的頂板松散層水及基巖風(fēng)化帶水，在回采階段，頂板一旦垮落后將使直羅組風(fēng)化基巖水、第四系砂層水全部涌入到工作面內(nèi)，易造成工作面水害事故的發(fā)生，因此必須對(duì)這兩種水體采取必要的防治水措施，否則將會(huì)對(duì)15205工作面回采造成一定威脅。4疏放工程及鉆孔驗(yàn)證6本次15205工作面探放水工程以保障工作面安全回