瞬變電磁法在石壕礦水文地質勘探中的應用

2014-12-13 08:07:00張文濤

江西煤炭科技 2014年3期

張文濤

（河南能源化工集團義煤公司石壕煤礦，河南澠池 472431）

我國快速發展的經濟增加了對煤炭的需求，為了實現礦井安全生產，必須解決水害對礦井的威脅，而解決水害威脅的首要問題是摸清采區內的水文地質概況，找到合適的防范措施。瞬變電磁法具有勘探深度大、分辨率高、抗干擾能力強，施工效率高的優點，使得瞬變電磁法廣泛應用于水文地質的勘探中。

1 瞬變電磁法工作原理

瞬變電磁法，是利用不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間利用線圈或接地電極觀測地下介質中引起的二次感應渦流場，從而探測介質電阻率的一種方法。瞬變電磁法的基本原理就是電磁感應定律，衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度小；而晚期成分則相當于頻率域中的低頻成分，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 工程實踐

2.1 工作面概況

二112221工作面位于12采區軌道下山南翼，上部為12201工作面采空區，下部為F45斷層，二112221工作面平均走向長475m，平均傾向長158m，煤層厚0～10m，平均7.5m，傾角8°～20°，平均12°，煤層結構復雜，含0～3層夾矸。二1 煤層偽頂為泥巖、炭質泥巖，不穩定，隨采隨落，直接頂為砂巖，堅硬厚層；直接底為泥巖，老底為砂質泥巖、粉砂巖和硅質泥巖。該工作面地質條件復雜，位于向斜軸部，在掘進過程中揭露了6 條斷層，奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層頂界面距二1 煤層平均50m 左右，巖溶發育極不均勻，水位標高為+430m 左右，工作面煤層底板承受奧灰水壓約2.9～3.46 MPa，為本區主要含水層。該含水層一旦突水，則有淹井危險。在O2灰巖和C3巖層之間為層位穩定的C2（本溪組）鋁土巖，厚度平均9m，隔水性能良好，正常情況下可以阻止奧灰水與上部太原組灰巖含水層發生水力聯系或進入工作面，是二1 煤層底板較為穩定可靠的隔水層，但由于其厚度變化大，在其厚度變薄區、構造破壞區或奧灰水嚴重向上導升區段，奧灰水能夠突破該隔水層而對太原組灰巖含水層進行補給或直接向礦井充水，造成突水事故發生。

2.2 瞬變電磁勘探情況

為探查12221工作面所采二1 煤層底板100m 范圍內的巖層富水性，對石炭系灰巖含水層和奧陶系上段灰巖含水層的富水情況以及二者之間的水力聯系進行初步分析，圈定疑似富水異常區，為鉆探查證及底板注漿改造提供依據，為做好采煤工作面防治水工作提供參考，保障安全生產，利用瞬變電磁法進行物探。

12221工作面瞬變電磁勘探工程布置6條測線，分別為：上巷上側幫+10°仰探線，測線長370m，點距10m，實測物理點38個；上巷底板垂探線，測線長470m，點距10 m，實測物理點48個；上巷內幫-45°俯探線，測線長470 m，點距10m，實測物理點48個；下巷內幫-45°俯探線，測線長400m，點距10m，實測物理點41個；下巷底板垂探線，測線長400m，點距10m，實測物理點41個；切眼底板垂探線，測線長220 m，點距10 m，實測物理點23個。本次勘探工程共完成測線6條，總長2110m，物理點239個。

根據礦井地質要求，分別對12221 工作面上、下巷進行數據采集，數據采集完成后將兩個巷道實測資料進行去噪、濾波，然后進行反演后，即可繪制成視電阻率等值線斷面（見圖1～圖6）。