綜合物探方法在雙馬煤礦的應用

辛磊　丁占平

摘 要：煤層在開采過程中遇到沖擊巖層包裹體，傳統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合理的建議，為煤礦生產節約大量成本。

關鍵詞：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；視電阻率相關系數

前言

雙馬煤礦是在馬家灘礦區建設的大型礦井。4-1煤邊界泄水巷掘進時，在煤層中發現有疑似沖擊巖層包裹異常體發育，巖性為中粒砂巖。繼續掘進，發現該異常體發育形態呈增大趨勢。巷道沿煤層頂板掘進，且煤層頂板完好，未受構造影響所變化，掘進迎頭煤層沿巷道方向的偽傾角是13°，左幫夾矸比較穩定。為了更準確的掌握該地質異常體的發育形態，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異常體的分布情況和巷道掘進前方的煤層頂底板圍巖相對富水性情況。

1 探測任務

4-1煤邊界泄水巷掘進至時，在煤層中發現有疑似沖擊性巖層包裹異常體發育，巖性為中粒砂巖。繼續掘進，發現該異常體發育形態呈增大趨勢。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

通過現場踏勘并對礦方提供的地質資料進行分析，結合地質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射線圈，從而在其周圍空間產生一次電磁場，并在地下導電巖礦體中產生感應電流，斷電后，感應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律，可得到不同深度的地電特征。

2.2.2 地震波反射技術法

（1）單點探測原理。單點探測技術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，其取值準確與否，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。反射共偏移探測技術是依據反射波勘探原理，在單邊排列分析基礎上選定最佳偏移距，并按一定的步距同步前移完成探測任務。根據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，即可求解探測目標體的深度，并進行地質解釋。

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幫進行探測，裝置選擇中心重疊方式，線框大小為2m×2m，發射線圈9匝，接收線圈18匝。迎頭按半圓型布設了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 地震波反射技術法

用地震波反射技術法對掘進迎頭及巷道右幫做探測。

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 右幫反射共偏移探測

緊貼迎頭在右幫進行反射共偏移探測，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

經過數據處理得出：

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

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

4.1.3 11采區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，左右兩幫的低阻區域面積很小。

結合三條測線上的視電阻率剖面圖，得出結論：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°，右幫低阻區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 地震波反射技術法

4.2.1 迎頭單點探測結果

根據頻譜分析，采用地震波傳播綜合波速為3.0m/ms。從數據處理中綜合來看，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 右幫反射共偏移探測結果

右幫探測波形結果顯示，在靠近迎頭的10m范圍內由于探測距離有限，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，只能根據瞬變電磁法的探測結果來劃分異常界面。根據三種物探方法的反映，結合泄水巷掘進過程中的地質資料，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確定，所以有一定誤差。因此在探測距離上亦有一定誤差。

參考文獻

[1]劉樹才.煤礦水文電法勘探技術[Z].

[2]劉盛東.巷道綜合物探技術[Z].

[3]牛之璉.時間域瞬變電磁法原理[M].中南工業大學出版社，1992.

[4]樸化榮.瞬變電磁測深法原理[M].地質出版社，1990.

[5]于慶坤.高分辨地電阻率法在工程中的應用[J].煤炭技術，2004.

[6]王素珍.高分辨直流電法在礦井水文地質探測中的應用[J].江西煤炭科技，2005.

[7]劉仲一.地震勘探儀器原理[M].石油工業出版，1986.