论文部分内容阅读
[摘 要]近几年富力煤矿，利用瞬变电磁法探测巷道前方地质构造含水性、煤岩体中异常富水区分布情况，在指导矿井防治水方面效果显著。在解决立井石门涌水再利用工程中，瞬变电磁技术再次指导钻探疏水，发挥了物探的预见作用。
[关键词]瞬变电磁；地质分析；导水通道
中图分类号：TD178 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0381-01
1、矿井概述
1.1 矿井简介
富力煤矿位于鹤岗煤田中部偏南，南邻兴安煤矿，北邻大陆煤矿，井田走向长度为1.8-2.3km，倾向宽度为4km，井田面积为6.2652km2。开采标高为+131.9～-619.85m。目前年平均年产量为180万吨。矿井开拓方式为斜立井集中石门分组大巷。生产格局为“一个综采、一个综放”计2个采煤工作面，7个回掘队，8个开拓岩巷队。现矿井实际涌水量为491.3m3/h。-110水平以上28.9m3/h；-310水平及以上241.5m3/h；-310水平以下220.9m3/h。
1.2 矿井地质概况
富力井田内地层层序由老至新分别由古生界基底花岗岩、中生界煤系地层和新生界第四系三大地层组成。可开采煤层11、18-2、21、22、27、29共六个煤层，平均煤厚4.9m，煤层平均倾角28°。富力井田构造形态特征是断裂构造多，褶曲少，未见较大褶曲，仅大断层附近有平缓褶曲，未发现火成岩侵入体。落差较大的断层26条。构造裂隙比较发育，裂隙面无水，无次生充填物。走向一般为N65°E。倾角一般为65°-85°之间，向南西方向倾斜。
1.3 工程水文地质概述
该矿-310立井石门涌水段位于-310立井车场与立井石门交叉点两侧，向西北方向80米，向东南方向45米。该岩层为花岗岩片麻岩，属于基底，该处涌水量合计在190m3/h。水量常年稳定，该涌水一部分（50m3/h）向外自流至-310主水仓，另一部分140m3/h回流至立井水仓。该涌水水质经过化验：PH值为8.479；总硬度80.44；永久硬度41.76；总碱度38.672；矿化度105.59，属于未污染的、清洁的、可利用的矿井水，符合生产用水标准。
1.4 地质任务
富力煤矿立井疏水工程的核心内容是集水，通过钻孔主动收集立井石门花岗岩层中的基底水，减少巷道帮顶涌水，利用重力高差分配涌水的去向。为了实现这个目标，确定立井石门基岩导水通道的范围、含水层边界就成为重中之重。这时需要借助瞬变电磁技术，寻找导水通道[1]在岩层中的分布情况，为有针对性的布钻集水提供正确的方向。
2、瞬变电磁法简介
本次探测选用福州华虹智能科技股份有限公司生产的YCS512型矿用本安型探水仪[2]，该方法具有反映灵敏、体积小、纵横向分辨率高，施工方便、快捷、效率高等优点，适用于煤矿掘进头前方，可以用于巷道侧帮、煤岩层顶、底板等探测，盲区为5～7米。原理是富水区相对于周围地层有明显的电性差异，理论上讲干燥岩石的电阻率值很大，当岩层完整缺水时其电阻率较高，而受构造影响岩层破碎或裂隙发育的岩层富水性增强，导电性会显著增强，地层电阻率会明显降低，断面图上会有明显的低阻异常反映。赋水性的不均匀程度在瞬变电磁参数图件上反映为电阻率的高低变化。在断面上就会出现局部低电阻率异常区。其电阻率变化能反映围岩含水特征。目前是较为有效的方法之一。
3、施工方案
3.1 施工装置的选择
本次瞬变电磁勘探所使用的装置类型为中心回线组合装置，发射、接收线圈均为正方形，边长分别为1.5m、0.8m。发射线圈匝数为10匝，接收线圈匝数为20匝。供电电流档为3.5A，供电脉宽10ms，采样率16μS。每个测点至少采用32次叠加方式提高信噪比，确保了原始数据的可靠性。
3.2 施工装置参数校正实验
为了保证本次探测的准确性，设置一组探测对比实验，测试新地层环境下电场电阻率的各项参数，用于校正外侧找水工程瞬变探测的参数。方法是在立井井筒清理斜下下山内，从变坡点往下28米处，向距离发射点45米处的临时水仓进行“照射”，在铅垂平面上布置0度、15度、20度、30度、45度五个发射方向，形成扇面布置方式，实现捕捉现场水仓的对比试验。
3.3 施工布置
4、成果解析与验证
4.1 数据质量评价
本次立井石门瞬变电磁法勘探采集的数据，通过加大发射功率的方法增强二次场，提高信噪比等方法，保证了本次探测数据采集的质量。本次物探资料的解释工作是在独立条件对比试验基础上，先用附近已知的立井清理斜下下山及临时水仓来校正探测仪器参数，取得适合本岩层的设备参数，再指导探测区域，并采取由已知到未知，由点到线，由线到面，由简单到复杂的解释原则。首先对探测数据进行50赫兹工况电磁场的较正，减弱巷道吊挂的管路和底板水沟对采集数据的背景噪点影响。其次对地质不均匀体进行较正消除不确定地质因素对所采集数据的影响。通过数据处理给出了每条测线探测的等视电阻率剖面图。最后结合地质资料把物探异常转化为地质异常。
4.2 成果分析
在探测前，组织地质人员对该石门裸体巷道部分现场勘查并收集地质资料，查阅立井石门掘进期间巷帮素描，再次对断层充填物进行采样和记录。测线3探测成果如图1瞬变电磁探测成果与石门巷道单帮素描的裂隙及断层进行对照，可以看出图像上50米处的强导水区与现场绕道大开口区域完全吻合，指明了水体集中分布区域，对下一步疏水具有极高的指导价值，为疏水工程目标提供方向。测线2（顶板）探测成果图受吊挂金属影响较大，对电磁波吸收较多，虽然加大功率，能区分强富水区，但弱富水区区分程度不清晰。测线1（左帮）探测成果图介于两者之间，测线50米位置處对应的富水区与7号、8号、9号疏水孔出水情况吻合。测线1和测线2的成果图不再另附。该疏水工程共施工16个钻孔，钻孔平均出水量为4.7m3/h。把瞬变探测结果与现场地质实见及疏水钻孔的出水情况进行对比，可以看出50-180米范围内断层面导水带与探测到的富水区较接近。本次探测有效的指导了疏水钻孔的设计，效果较明显。
4.3 建议
本次瞬变探测较为成功，为该石门涌水的治理提供基础数据，为打钻位置、范围的选择提供依据，尤其是今后在设计钻场的位置时既要避开行人、通车通道，又要少打开硐室，需要用瞬变电磁法确定左右帮的赋水情况。
5、结束语
通过本次瞬变电磁技术在富力煤矿立井疏水工程中的探测应用，可以看出瞬变电磁技术在查清煤矿井下裂隙型、构造型导水通道能够起到指导作用。值得注意的是：⑴在瞬变电磁技术运用过程中一定要尽量克服或避免各种干扰因素。⑵要有计划的选择干扰较少的时间段做物探，尽量客观的反映实际，即在生产接续环节上科学安排物探时间。⑶在不同地质环境条件下，要创造校正设备参数的条件，并实施参数校正实验。⑷瞬变电磁结果分析要结合探测区域的构造地质及水文地质等条件，查找差异，分析间接原因，科学释义。在煤矿防治水工作中，要充分利用新装备、新技术，为水文地质分析提供依据，随着瞬变电磁技术的不断发展和完善，如何利用这个手段为矿井安全服务，要求煤矿水文地质、防治水技术人员要不断地摸索、总结、发现规律，学好用好这个手段。
参考文献
[1] 刘树才，岳建华，刘志新.《煤矿水文物探技术与应用》.中国矿业大学出版社，2006.
[2] 福州华虹智能科技股份有限公司，《矿用本安型探水仪用户使用手册》
[关键词]瞬变电磁；地质分析；导水通道
中图分类号：TD178 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0381-01
1、矿井概述
1.1 矿井简介
富力煤矿位于鹤岗煤田中部偏南，南邻兴安煤矿，北邻大陆煤矿，井田走向长度为1.8-2.3km，倾向宽度为4km，井田面积为6.2652km2。开采标高为+131.9～-619.85m。目前年平均年产量为180万吨。矿井开拓方式为斜立井集中石门分组大巷。生产格局为“一个综采、一个综放”计2个采煤工作面，7个回掘队，8个开拓岩巷队。现矿井实际涌水量为491.3m3/h。-110水平以上28.9m3/h；-310水平及以上241.5m3/h；-310水平以下220.9m3/h。
1.2 矿井地质概况
富力井田内地层层序由老至新分别由古生界基底花岗岩、中生界煤系地层和新生界第四系三大地层组成。可开采煤层11、18-2、21、22、27、29共六个煤层，平均煤厚4.9m，煤层平均倾角28°。富力井田构造形态特征是断裂构造多，褶曲少，未见较大褶曲，仅大断层附近有平缓褶曲，未发现火成岩侵入体。落差较大的断层26条。构造裂隙比较发育，裂隙面无水，无次生充填物。走向一般为N65°E。倾角一般为65°-85°之间，向南西方向倾斜。
1.3 工程水文地质概述
该矿-310立井石门涌水段位于-310立井车场与立井石门交叉点两侧，向西北方向80米，向东南方向45米。该岩层为花岗岩片麻岩，属于基底，该处涌水量合计在190m3/h。水量常年稳定，该涌水一部分（50m3/h）向外自流至-310主水仓，另一部分140m3/h回流至立井水仓。该涌水水质经过化验：PH值为8.479；总硬度80.44；永久硬度41.76；总碱度38.672；矿化度105.59，属于未污染的、清洁的、可利用的矿井水，符合生产用水标准。
1.4 地质任务
富力煤矿立井疏水工程的核心内容是集水，通过钻孔主动收集立井石门花岗岩层中的基底水，减少巷道帮顶涌水，利用重力高差分配涌水的去向。为了实现这个目标，确定立井石门基岩导水通道的范围、含水层边界就成为重中之重。这时需要借助瞬变电磁技术，寻找导水通道[1]在岩层中的分布情况，为有针对性的布钻集水提供正确的方向。
2、瞬变电磁法简介
本次探测选用福州华虹智能科技股份有限公司生产的YCS512型矿用本安型探水仪[2]，该方法具有反映灵敏、体积小、纵横向分辨率高，施工方便、快捷、效率高等优点，适用于煤矿掘进头前方，可以用于巷道侧帮、煤岩层顶、底板等探测，盲区为5～7米。原理是富水区相对于周围地层有明显的电性差异，理论上讲干燥岩石的电阻率值很大，当岩层完整缺水时其电阻率较高，而受构造影响岩层破碎或裂隙发育的岩层富水性增强，导电性会显著增强，地层电阻率会明显降低，断面图上会有明显的低阻异常反映。赋水性的不均匀程度在瞬变电磁参数图件上反映为电阻率的高低变化。在断面上就会出现局部低电阻率异常区。其电阻率变化能反映围岩含水特征。目前是较为有效的方法之一。
3、施工方案
3.1 施工装置的选择
本次瞬变电磁勘探所使用的装置类型为中心回线组合装置，发射、接收线圈均为正方形，边长分别为1.5m、0.8m。发射线圈匝数为10匝，接收线圈匝数为20匝。供电电流档为3.5A，供电脉宽10ms，采样率16μS。每个测点至少采用32次叠加方式提高信噪比，确保了原始数据的可靠性。
3.2 施工装置参数校正实验
为了保证本次探测的准确性，设置一组探测对比实验，测试新地层环境下电场电阻率的各项参数，用于校正外侧找水工程瞬变探测的参数。方法是在立井井筒清理斜下下山内，从变坡点往下28米处，向距离发射点45米处的临时水仓进行“照射”，在铅垂平面上布置0度、15度、20度、30度、45度五个发射方向，形成扇面布置方式，实现捕捉现场水仓的对比试验。
3.3 施工布置
4、成果解析与验证
4.1 数据质量评价
本次立井石门瞬变电磁法勘探采集的数据，通过加大发射功率的方法增强二次场，提高信噪比等方法，保证了本次探测数据采集的质量。本次物探资料的解释工作是在独立条件对比试验基础上，先用附近已知的立井清理斜下下山及临时水仓来校正探测仪器参数，取得适合本岩层的设备参数，再指导探测区域，并采取由已知到未知，由点到线，由线到面，由简单到复杂的解释原则。首先对探测数据进行50赫兹工况电磁场的较正，减弱巷道吊挂的管路和底板水沟对采集数据的背景噪点影响。其次对地质不均匀体进行较正消除不确定地质因素对所采集数据的影响。通过数据处理给出了每条测线探测的等视电阻率剖面图。最后结合地质资料把物探异常转化为地质异常。
4.2 成果分析
在探测前，组织地质人员对该石门裸体巷道部分现场勘查并收集地质资料，查阅立井石门掘进期间巷帮素描，再次对断层充填物进行采样和记录。测线3探测成果如图1瞬变电磁探测成果与石门巷道单帮素描的裂隙及断层进行对照，可以看出图像上50米处的强导水区与现场绕道大开口区域完全吻合，指明了水体集中分布区域，对下一步疏水具有极高的指导价值，为疏水工程目标提供方向。测线2（顶板）探测成果图受吊挂金属影响较大，对电磁波吸收较多，虽然加大功率，能区分强富水区，但弱富水区区分程度不清晰。测线1（左帮）探测成果图介于两者之间，测线50米位置處对应的富水区与7号、8号、9号疏水孔出水情况吻合。测线1和测线2的成果图不再另附。该疏水工程共施工16个钻孔，钻孔平均出水量为4.7m3/h。把瞬变探测结果与现场地质实见及疏水钻孔的出水情况进行对比，可以看出50-180米范围内断层面导水带与探测到的富水区较接近。本次探测有效的指导了疏水钻孔的设计，效果较明显。
4.3 建议
本次瞬变探测较为成功，为该石门涌水的治理提供基础数据，为打钻位置、范围的选择提供依据，尤其是今后在设计钻场的位置时既要避开行人、通车通道，又要少打开硐室，需要用瞬变电磁法确定左右帮的赋水情况。
5、结束语
通过本次瞬变电磁技术在富力煤矿立井疏水工程中的探测应用，可以看出瞬变电磁技术在查清煤矿井下裂隙型、构造型导水通道能够起到指导作用。值得注意的是：⑴在瞬变电磁技术运用过程中一定要尽量克服或避免各种干扰因素。⑵要有计划的选择干扰较少的时间段做物探，尽量客观的反映实际，即在生产接续环节上科学安排物探时间。⑶在不同地质环境条件下，要创造校正设备参数的条件，并实施参数校正实验。⑷瞬变电磁结果分析要结合探测区域的构造地质及水文地质等条件，查找差异，分析间接原因，科学释义。在煤矿防治水工作中，要充分利用新装备、新技术，为水文地质分析提供依据，随着瞬变电磁技术的不断发展和完善，如何利用这个手段为矿井安全服务，要求煤矿水文地质、防治水技术人员要不断地摸索、总结、发现规律，学好用好这个手段。
参考文献
[1] 刘树才，岳建华，刘志新.《煤矿水文物探技术与应用》.中国矿业大学出版社，2006.
[2] 福州华虹智能科技股份有限公司，《矿用本安型探水仪用户使用手册》