水文物探在探测老窑水及构造导含水的应用效果

1、水文物探在探测老窑水及构造导含水的应用效果摘要: 在煤矿生产和建设中，水害是影响煤矿安全生产和建设的重大灾害之一，特别是老窑水、构造及陷落柱导含水，对煤矿安全生产构成极大威胁，.查明上述问题，是物探技术人员面前的一个难题，介绍了在不同地区、不同地质条件下，分列采用瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法探测老窑水及构造、陷落柱导含水情况的成功经验，效果良好。关键词：老窑水;瞬变电磁:可控源音频大地电磁在煤矿生产和建设中.水害是影响煤矿安全生产和建设的重大灾害之一。特别是老窑水、构造及陷落柱导含水对煤矿安全生产构成极大威胁，另外小煤窑无序开采.越界开采，造成民用建筑物裂缝等问题日益突出.查明老窑水及采空

2、区的具体位盆，确定构造、陷落柱的富水性，为煤矿井下开拓及安全生产提供地质依据，这个问题已经摆在物探技术人员的面前.通过笔者多年的实践经验及方法对比试验，认为解决上述问题，.探测目的层埋深在500 m以浅采用瞬变电磁法为首选物探方法，探测目的层埋深超过500 m,采用可控源音频大地电磁法为首选物探方法.笔者用这两种勘探方法在解决上述问题时取得了较好的地质效果。1两种勘探方法1.1瞬变电磁法（TEM法)瞬变电磁法(TEM法)属于时间域电磁感应法，它利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，在一次脉冲磁场间歇期间利用回线或电偶极接收二次场，该二次场是由地下良导地质体受激励引起的涡流所产生的非稳电

3、磁场.根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、规模、产状等。由于该方法是纯二次场测量，故与普通电法助探相比，具有对低阻地质体反应灵敏，纵横向分辨率高， 勘探深度大，工作效率高等优势。1.2可控源音频大地电磁法（CSAMT法） 可控源音频大地电磁法是以有限长接地导线为场源。在距偶极中心一定距离(r)处同时观测电、磁场参数的一种电磁测深方法.该方法是20世纪80年代末才兴起的一种地球物理新技术，它基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组导出的水平电偶极源在地面上的电场及磁场公式.即2应用效果2.1瞬变电磁法应用效果 近十多年来，瞬变电磁法在探测老窑水、构造及陷落柱导含水等方面得到长足的发展

4、.原因是老窑采空积水后及构造、陷落柱富水其电阻率值比围岩的电阻率值明显降低，而瞬变电磁法对低阻体反映非常灵敏，为该方法的实施提供了良好的物性条件。 下面是笔者采用瞬变电磁法在煤矿防治水中应用的几个例子. 例1河北某煤矿医院位于井田边界附近，其北部曾有多个小煤窑生产。由于老窑的无序乱采，致使该医院地面、堵体出现大范围裂缝，房屋安全面临严重威胁，医院上级领导对此十分重视，为了采取安全措施，急需查明该医院北部老窑采空区位置及范围，受其委托，河北省煤田地质局物测地质队承担了查明该医院附近老窑采空区赋存范围的电法勘探任务。笔者采用瞬变电磁法进行勘探工作，采用同点装置的中心探头回线工作方式进行野外数据采集

5、.通过精细资料处理、分析解释，圈定小窑采空区两处.即图中椭圆圈定范围。图I为其中的两条勘探线，老窑采空积水后其电阻率值比围岩的电阻率值明显降低，低阻异常电性特征非常明显，该解释成果与野外地面、墙体出现裂缝位置非常吻合，电法勘探成果得到甲方的高度评价。例2 河北省某国营煤矿地处太行山东麓丘陵区，地表起伏不平，冲沟发育，五六采区内还有几个较大村庄，给工程布置和歼外施工带来极大困难.根据五六采区地质任务及复杂的水文地质条件，选用三维地震和瞬变电磁法进行水文综合勘探。利用三维地震查明落差大于5m以上断层的产状及直径大于20 m以上的陷落柱，瞬变电磁法查明各大煤层顶底板、断层、陷落柱的富水性及奥灰顶面以

6、下50 m岩溶发育程度、老窑采空区范围。通过水文综合勘探，可以说瞬变电磁法与三维地震在该区实现了最佳科学组合。瞬变电磁数据通过精细资料处理、分析解释，查明了各煤层顶板及断层、陷落柱的富水、导水情况，采区内未发现老窑采空区。水文物探成果很快得到了验证，如瞬变电磁法圈定的号富水异常区内含地震解释的地质异常体，解释该异常体富水，值得高度重视。后经煤矿巷道揭露验证，该畜水异常区确实存在，巷道揭礴时裂隙发育、水最很大。图2为通过该异常的一条视电阻率断面，低限异常电性特征非常明显。由于给矿方提供了极有价值的水文地质资料，矿方在生产中提前采取了防范措施.避免了巨大的经济损失。2.2可控源音频大地电磁法应用效

7、果 可控源音频大地电磁法是轻便快速的地球物理勘探方法，一次发射可完成7个点的频率测深，一次布局可完成几个平方公里的面积测量，工作效率高，不受地形影响。可以实现电限率的快速、自动采集，并可在现场进行数据实时监控，改变了电法勘探传统的工作模式，减轻了劳动强度，提高了资料采集的质量.同时采集的大量数据为高精度资料处理解释以及电限率层析成像研究提供了前提。 下面是笔者采用可控源音频大地电磁法在煤矿防治水中应用的几个例子: 例1在山东省济宁矿区某煤矿进行水文综合物探，该矿井构造发育、水文地质条件复杂.利用三维地震查明落差大于5m以上断层及宜径大于20m以上的陷落柱.可控源音频大地电磁法查明其富水性及奥灰

8、顶面以下50m岩溶发育程度和富水性、导水通道.通过本次勘探，地震新发现断层14条，并在测区中部偏东主、剐并南发现一大型陷落住，长轴250二，短轴170 m的椭圆形状.上部塌陷至新生界，下部直到奥灰.图3(a)为陷落柱在时间剖面上的反映，物探报告提交后，矿方为了证实陷落柱的存在，在陷落柱上方西北侧施工一水文观测孔，孔深348 m,施工到281m处，进人陷落柱区，与地展解释深度相吻合，位置准确，水量很大。为了查明陷落柱与奥灰水的连通关系及富水性.笔者又采用探测深度大的可控源音频大地电磁法进行了水文物探。 图3(b)为通过该陷落柱的一条视电阻率断面，测线小号端的浅部低阻异常为矿方已知采空塌陷区，电性

9、特征明显；陷落柱内，深部视电阻率曲线向下扭曲变形，显示为低阻异常，且深度发育到奥灰，解释该陷落柱富水性较强且与奥灰连通.由于F3断层落差较大，且深部与X,陷落柱相连，解释该断层为富导水断层。 在鲁西南地区发现如此大的陷落柱还是首次，它不仅为矿方的巷道开拓及采掘工作面的布设提供了可靠依据，而且避免了因此而发生的淹井事故.该成果报告受到矿方及上级有关领导的一致好评.特别是大型陷落柱的发现，对矿方的开采至关重要，避免了大的事故的发生，减少了矿方因此而产生的巨大经济损失.矿方领导后来讲“如果勘探时未发现此陷落柱而因此发生事故，造成的经济损失将远远超过本次勘探所投入的费用”。 例2在山东省黄河北某煤矿进

10、行综合水文物探，利用三维地展查明落差大于5m以上断层及直径大于20 m以上的陷落柱，电法勘探查明其富水性及导水通道，目地层埋深大于700m。根据本区地质任务及目的层埋藏深等特点，采用探测深度大的可控源音频大地电磁法进行电法勘探.如5线视电阻率断面图(图4)，图中桶圆所圈定的范围 是该处断层破碎带的反映(断层破碎带为三维地震确定)，视电阻率曲线出现明显向下扭曲变化，低阻异常明显且异常幅度较大.非常消晰地显示了该断层破碎带的电性特征，该断层为富导水断层。3结论 通过采用瞬变电磁法.可控源音频大地电磁法探测老窑水、构造及陷落柱导含水情况，使矿方逐渐认识了这两种勘探方法.认为这是目前解决老窑水、构造及陷落柱导含水行之有效的勘探方法，且投资小。施工简单，速度快，资料处理解释方便快捷，可以为煤矿井下开拓和安全生产，及时提供可靠的水文地质资料。 这两种勘探方法对低阻地质体反映灵敏，纵横向分辨率高，在矿并水文地质勘查，金属良导体勘