大定源瞬變電磁法在陜西某煤礦中的應用

王 濤，李長江，高定州

(北京探創資源科技有限公司，北京 100071)

0 引言

在陜西某煤礦2401工作面上部存在采空區，局部低洼處可能存在積水，對2401工作面巷道掘進構成了一定威脅。目前精度比較高的探測手段主要為鉆探技術，但是通過鉆探探測效率低、成本高，對于采空區邊界的確定比較困難。而通過地球物理探測技術手段，雖然存在多解性，但是可以達到高效探測，精度相對較高，費用低。瞬變電磁法在對采空區的富水情況的探測中，是比較有效的方法之一。

1 方法選擇

在縱向上，電法數據可以準確地體現各種深度的地層綜合電性特點，但是在地表和土壤結構復雜的條件下，通常較難實現良好的綜合電性劃分。在橫向上，對于同樣的層位來說，在進行煤層開采之后，它們的電性和能量特點就會隨著富水性呈現出不同的變化。當采空區不含水時，視電阻率相對于未開采煤層會更高；而當采空區含水時，由于一般采空水礦化度較高，視電阻率會顯著下降，這是本次地面電法勘探的地球物理基礎。

本區大部分區域為第四系松散層覆蓋，僅在溝谷等低洼地帶存在基巖出露，區內沖溝發育，地形復雜。根據測區的地形條件和地質任務，本次地球物理勘探工作選用對含水層反應比較好的瞬變電磁法進行，用以完成本次物探工作的各項任務。

2 野外試驗

瞬變電磁法選用中心回線裝置，Smarttem24瞬變電磁儀。為了取得較好的探測效果，針對瞬變電磁發射電流及發射線框大小進行試驗，選擇能滿足本次地質任務的電流及發射線圈邊長參數，分別作了500 m×900 m和500 m×500 m發射線框邊長的8 A和5 A發射電流試驗工作。

圖1是同一測點的不同電流及發射線框情況下的瞬變電磁法二次電位衰減曲線，如圖1(a)所示，500 m×500 m發射線圈的衰減曲線的尾支出現跳躍，后期數據質量差；如圖1(b)所示，500 m×900 m發射線圈尾支穩定，數據質量有保障。本次勘探使用5 A發射電流(1號線)也可以探測到目的層，但考慮到本區存在大量高壓線，且地表起伏較大，被第四系松散覆蓋層覆蓋，為保障發射電流的信號達到目的層，確定本次勘探采用電流為8 A(2號線)的信號，以保證有效的探測深度。

圖1 瞬變電磁法二次電位衰減曲線

3 處理成果分析

3.1 解釋依據

2401工作面上部為2號煤層采空區，根據上部采空區煤層底板起伏情況(工作面整體南高北低)分析，采空區局部低洼處可能含有積水，并可能對2401運輸巷掘進有影響。根據采空區與圍巖電阻率的變化分析地下目標區域的富(導)水性。富水性強的巖石視電阻率值相對低。

3.2 典型剖面分析

根據瞬變電磁結合地質解釋依據和原則，下面選取典型測線剖面L25、L29兩條測線進行重點分析。根據2401工作面區域地質資料以及測區內鉆孔工作面綜合柱狀圖分析，測區內，每條測線140～220 m處為預留煤柱，L0～L4與L42～L48共12條測線下方煤層未開采，2號煤層位于4號煤層上部，2401工作面所含煤層為4號煤層。測線L25、L29兩條測線視電阻率斷面圖中，黑色實線為未開采的2號、4號煤層底板等高線，黑色虛線為已開采完畢的的2號煤層底板等高線。

圖2是2401工作面L25測線瞬變電阻率斷面圖?？v觀整個電阻率斷面圖，在橫向40～360 m、海拔標高775～850 m的視電阻率呈相對低阻異常分布，推測為富水異常區。

圖3是2401工作面L29測線瞬變視電阻率斷面圖，可以看出，2號煤層底板等高線自小樁號端向大樁號端方向上升，煤層底板標高在海拔800～860 m變化?？v觀整個電阻率斷面圖，橫向0～460 m，標高650～800 m的視電阻率呈帶狀分布，可見地層連續不間斷，推測無含水異常。

圖2 2401工作面L25線瞬變電阻率斷面圖

圖3 2401工作面L29線瞬變電阻率斷面圖

通過以上典型剖面分析，經過大量數據的對比分析，按照上述原則，對2401工作面的49條測線的視電阻率斷面圖進行解釋分析，劃出各測線的異常點分布。

3.3 水文地質分析

測區含水層根據地下水埋藏條件和含水介質，區內地下水可分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶水三大類型。砂巖、石灰巖在電性上呈現高阻反映，但在同一深度，巖溶裂隙發育的砂巖、石灰巖相對含水性好，其視電阻率值低于裂隙不發育的砂巖、石灰巖，以此為基礎，來尋找煤系地層巖層富含水異常區。根據已知地質資料，抽取2號煤層底板等高線標高的電阻率值作水平切片圖，采空積水異常在該電阻率等值線圖中呈相對低阻異常顯示。結合已知水文地質資料，同時配合電阻率斷面圖，去偽存真，實現采空積水異常的識別與區域整體輪廓圈定。

3.4 結果分析

結合地勢與水的運動規律，綜合測區地球物理場整體背景，根據電阻率斷面圖與已有資料，在該平面圖上圈定了3處相對低阻異常區。綜合水平切片圖分析2401工作面頂板上覆煤巖層富水性，主要的相對低阻區域分布在測區的L23～L26的40～360 m以及測區L35～L39的0～60 m。其中北部低阻異常區域較小，根據2號煤層采空區實測標高，采空區北部區域南高北低，呈單斜構造，采空區積水從2201回風巷、2203運輸巷防水密閉墻排水管路中排出，故北部低阻異常區域不劃為采空區積水引起的低阻異常區域。

經礦方鉆探驗證，中部異常區存在少量積水，提前排放，并在后期開采過程中，未發生采空區突水事故，因而證明了此次物探工作的有效性。

4 結語

通過此次工程證明大定源瞬變電磁法勘探在煤層采空區富水性探測上效果較佳，為煤礦的安全回采提供了可靠的地質依據。另外，與其他物探方法相比，工作效率更高、勘探深度更大。今后還要繼續加強地形起伏、地下電磁場分布規律的研究，提高預測準確度。