综合物探在煤矿积水采空区勘察中的应用研究.docxVIP

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综合物探在煤矿积水采空区勘察中的应用研究

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摘要：近年来，煤炭行业为推动我国经济快速发展发挥着不可替代的作用。但是，在煤炭资源开采过程中，各类重大事故的发生一直阻碍着煤炭行业的健康发展，引起了社会各界的高度关注。从历年发生的煤矿事故类型来看，随着浅部煤炭资源的枯竭，开采深度逐年增加，水文地质条件勘查难度也逐年增大，加上部分地区喀斯特岩溶地貌较发育，水灾事故仍然是我国煤矿事故的第二大杀手。根据煤炭工业“十三五”科技发展规划，未来煤炭行业应实现“安全高效智能化开采”；对于存在水害隐患的矿井，如何有效地进行水害分析及防治已成为当前急需解决的问题。

关键词：综合物探；煤矿积水；采空区勘察；应用

引言

在煤矿水害中，积水采空区的危险最为严重。目前，我国煤炭资源历经多年的开采，浅部煤炭资源枯竭，煤炭生产逐渐转向深层开采。然而上部煤层开采过后形成的采空区一般都含有不同程度的积水，对实际开采带来了很大的安全隐患，而小煤窑胡乱开采所遗留下来的未知采空区更有可能带来致命威胁，因此及时查清煤矿采区范围内各采空区的积水情况有利于及时治理、排出安全隐患，便于保障煤矿安全生产和井下工作人员的人身安全。

1探测方法原理及特点

1.1瞬变电磁法工作原理

瞬变电磁法是一种通过电磁感应原理的时间与人工源电磁探测方式，具有数据采集工作量小、测量设备轻便、工作效率高、成本低等优点。瞬变电磁法(简称TEM)是近几年发展并推广起来的一种新方法，它利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场。在一次脉冲场间歇期间利用回线或电偶极接收感应二次场的时间和空间分布，从而来解决有关地质问题的时间域电磁法。该方法的优点:①观测纯二次场，消除了频域方法中的主要噪声源—装置耦合噪声;②测量方法便捷简单，更适合勘探工作的需要;③在高阻围岩条件下，没有地形引起的假异常;④勘探的测地工作要求简单，工效高;⑤可使用发送与接收回线中心同点的装置工作，使与欲探测的地质体达到最佳的耦合，所得到的异常幅度大、形态简单及受旁侧影响小，提高了对地质体的横向分辨能力。本次瞬变电磁法勘探选用的仪器为GDP-32II多功能电法仪，仪器的主要性能参数：

最大供电电流/A30

增益/倍22～23

采样道数22

动态范围/dB190

输出电压/V250

接收频率/Hz0.0625～32

由于目的层埋深变化较大，所以本次勘探选用大定源内回线装置。正式施工前在已知地段进行仪器稳定性试验、发送线框边长试验、发射频率试验，从而确定工作参数和方法有效性，最终确定本次勘探布设发射线框尺寸为360m×480m，供电频率16Hz，发射电流13A。采用框内测量的方法，施工测线网度40m×20m，即点距20m，线距40m。将野外采集得到的数据进行整理，利用瞬变电磁法反演软件把原始数据转化为视电阻率、视深度等参数，从而绘制得到各测线视电阻率断面图，290线瞬变电磁式电阻率拟断面图视电阻率断面图可以直观地体现某条测线下方地层在纵向上视电阻率的变化情况，纵向上视电阻率整体由低到高变化，与实际地层的电性分布情况相吻合。但是在4#煤层和6#煤层位置，点号位于1310～1490、1590～1990、2470～2630期间、标高大致为700～820m的区域呈现出明显的低阻反应，视电阻率值低于30Ω·m,推断为煤层采空区积水的反映；在点号位于2250～2380期间、标高大致为800~880m的区域电阻率略有偏高，推断其为疑似采空区的反映；测线的其他地段视电阻率等值线变化较小，不存在明显的异常反映。视电阻率顺层切片图将不同测线、不同测点在某一固定层位的视电阻率数据整合为一体，可以清晰地反映出勘探区内某一水平层位的视电阻率值。勘探区的西南角及东南角，电阻率10～20Ω·m，表明此处为采空积水区；分布于勘探区的东南、西南以及北部区域，电阻率为30～40Ω·m，推断此处为较弱的采空积水区；勘探区的西北部区域，电阻率120～150Ω·m，推断此处为采空区。

1.2三维地震勘探

在瞬变电磁法勘探施工结束之后，然后对工区实施三维地震勘探。三维地震勘探探测采空区的技术原理：不同煤层采空区的地质特征对应不同的地震反射波特征。通过炸药形成地震波，地震波通过不同采空区时的波阻抗有变化，通过地面接收装置收集反射波的信息并进行处理，从而达到分析采空区范围的目的。本次三维地震勘探采用12线10炮制规则观测系统，1080道接收，道距选择为10m，CDP网格10m（横）×5m（纵），根据线束方向垂直地层走向和主要构造走向的原则，选择线束为NE排列。使用的仪器为Aries2.66数字地震仪，前放增益12dB，记录长度2s，采样率0.5ms