防治水中的物探方法(煤销集团讲座)分解

矿井防治水中的物探方法

太原理工高校2012年9月杨德义书目前言一、矿井水简介二、物探的概念及分类三、电法勘探简介四、地震勘探简介五、常用的煤矿水文物探仪器六、水文物探方法应用小结

前言1、探明含水体对于煤矿平安生产、平安防护及合理规划

意义重大。

2、物探方法是一种快速、经济、有效的煤矿水文地质方法。3、煤矿水文物探=水文地质+矿井地质+物探（地震+电法）。

4、物探方法困难，物探仪器繁多，物探成果具有多解性。

5、选择合理的物探方法。

6、坚持防治水“16字方针”，特殊是“有掘必探”。一、矿井水简介1、矿井水分类（按含水层空隙性质）

孔隙水、裂隙水、岩溶水、老空水2、矿井水的来源（1）大气降水

调查（2）地表水调查（3）含水层水水文钻探+物探（地面）（4）老窑水物探（地面+井下）+钻探（井下）（5）断层（陷落柱）水物探+钻探（井下）3、矿井水害类型（1）采空区老窑水突出——重大人员伤亡（2）底板突水——巨大经济损失（3）煤层顶板含水层涌水——影响生产（4）断层、陷落柱突水（5）封堵不良的钻孔等其它突水方式（6）煤矿生产中的其它地质问题二、物探的概念及分类1、什么是物探地球物理勘探就是用特地的仪器，观测这些地球物理异样，取得它们(在时间和空间上)的分布及形态等有关地球物理资料，然后结合已知地质资料进行分析探讨，推断地下地质构造，或确定介质的性质，从而达到解决地质问题的目的。按物理场分：重力、磁法、电法、地震、放射性、地热

按工作空间分：地面、井下、井中、海洋、航空按勘探目的分：金属、石油、煤田、水文、工程、环境、军事2、物探方法分类3、目前常用的防治水物探方法（1）电法地面：瞬变电磁法、常规直流电法、高密度电法、CSAMT井下：瞬变电磁法、三极直流电法、无线电坑透（2）地震三维地震（地面）（3）放射性

测氡（地面）三、电法勘探简介1、什么是电法勘探电法勘探是以岩、矿石之间电学性质的差异为基础，通过观测和探讨与这些差异有关的电场或电磁场在空间或时间上的分布特点和变更规律，来查明地下地质构造和找寻地下电性不匀整体的一类勘查地球物理方法。方法特点主要应用范围直流电法1）理论方法成熟，施工技术简单，抗干扰。2）体积效应大，勘探深度越大，分辨率越低；3）施工效率低，工作量大。主要用于浅部（小于500米）的水文勘探工作，如：第四系含水层、覆盖层厚度、断层裂隙带、岩溶、采空区等的勘查。瞬变电磁测深法1）体积效应小、分辨力高、施工效率高；2）能穿透高阻屏蔽层，勘探深度大；3）抗干扰能力比直流低；受地表人文设施干扰大。5）存在浅部勘探盲区。主要用于中深部（小于1000米）水文勘探工作，如：砂岩富水区、断层裂隙带、岩溶裂隙、采空区等的勘查。CSAMT1）能穿透高阻屏蔽层，勘探深度大；2）横向分辨力高、施工效率高；3）受地表不均匀体影响大（静态效应）；4）存在过渡区；5）资料处理解释复杂。可用于中深部（可达1500米）水文勘探工作，如：砂岩富水区、断层裂隙带、岩溶裂隙、地热等的勘查。2、常用地面水文电法技术及特点3、地面瞬变电磁法的问题（1）地形困难时地形影响难以完全消退。（2）易受地面高压线、河流、水库、地下管网及其它铁磁性物质干扰。（3）上部低阻体易对下部形成低阻屏蔽，形成垂向上的低阻串。（4）相对于横向而言，垂向辨别率低，深度误差大。（5）网度（线距*点距）问题。总体而言，该方法仍以定性说明为主。21141210152视电阻率等值线断面图K4砂岩富水异常平面图4、常用井下水文电法技术及特点（1）井下直流电法勘探特点：理论成熟、浅部勘探精度高；体积效应大；由于高阻煤层屏蔽影响，能反映底板以下地质状况；工作效率低、劳动强度大；施工条件受巷道空间、长度的影响较大。探测结果受巷道内局部电性不匀整体影响较大。方法多，井下主要是高密度电法及三极直流测深法。装置多，常用的有电测深（三极测深、四极测深）、电剖面法（三极剖面、偶极剖面）。高密度电阻率法探测底板（淮北）三极直流超前探测及底板探测说明成果图

（柳林）（2）井下瞬变电磁法由于井下测量环境与地表不同，只能接受边长小于3m的多匝小线框，因此与地面瞬变电磁法相比具有数据采集工作量小，测量设备灵活，工作效率高，成本低等优点。由于接受小线圈测量，点距更密（一般为1~5m），可降低体积效应，提高勘探的横向辨别率。井下测量装置靠目标体更近，将会大大提高异样体的感应信号强度。由于瞬变电磁法关断时间的影响，与其它物探方法相比无法探测到更浅部的异样体，在浅部形成20m左右的盲区。矿井瞬变电磁法勘探受井下金属仪器设备（采煤机械、变压器、金属支架等）的影响较大。超前探测时放射线框的角度

井下瞬变电磁法迎头超前探测(顶板、顺层、底板)井下瞬变电磁法工作面内探测陷落柱

（晋中煤运某矿15101皮带顺槽，多匝1.5m×1.5m方形回线，测点间距为1.5米，放射频率为8.3Hz）井下瞬变电磁法探测空巷及老窑积水

（晋城煤运某矿北回风大巷，多匝方形回线，测点间距为1米，放射频率为8.3Hz）

井下瞬变电磁法迎头超前探测

（汾西紫金矿3203切眼迎头，南东高北西低，坡度在10°左右）

（超前探测分为煤巷探测和岩巷探测，单次探测和跟踪探测）（3）井下无线电波透视（坑透）

无线电波透视法是通过探讨电磁波在坑道间的传播特性和被介质吸取的状况来找寻圈定各种目标的。所用频率属高频频段，一般为一百千赫至几十兆赫。无线电波遇到电性不同的目标体时会发生反射、折射、透射、边缘绕射以及对波的吸取等现象，因而变更了场的分布形态。无线电波透视法主要应用于探测工作面内构造，如陷落柱、断层、煤层变薄区等。对穿距离200m左右。定点法观测示意图

定点法观测时,放射机的位置在确定的时间内相对固定,接收机在确定的范围逐点观测其场强值,即定点放射,多点接收。,可对工作面全面覆盖两次,不留盲区,并能运用两巷定点交汇法,依据坑透综合曲线图,具体确定地质异样体的性质和空间位置及大小。定点法是井下常用的观测方法。

用同步法观测时,放射天线和接收天线分别位于不同的巷道中,同时作等距离移动,逐点放射和接收。用这种方法观测简洁形成盲区,有漏测的可能。

坑透法探测工作面内陷落柱

5、井下瞬变电磁法存在的问题

（1）探测距离（深度）有限，有效探测距离一般小于80m。（2）易受巷道内矿车、采煤机、电缆、锚网、铁路等铁磁性物质干扰。（3）有盲区，约20m。（4）缺规范。（5）设计、报告无审查。四、地震勘探简介1、什么是地震勘探实质：地震勘探就是用人工方法(如爆炸，敲击等)产生振动(地震)，探讨振动在地下的传播规律，以查明地下地质状况和有用矿藏(如石油，煤田等)的一种地球物理勘探方法。二维地震勘探时，只能得到射线平面内的地质信息，射线平面只垂直于地下反射界面，不确定垂直于地面。这就是为什么要做3D。三维地震：一次激发，沿“面积”全面观测３Ｄ数据体，得出测区以下的三维信息。3D地震可利用得到的射线平面以外的信息，消退旁侧干扰，使构造归位。3-D观测面三维地震数据体（霍尔辛赫）三维地震时间剖面（霍尔辛赫）X8陷落柱T3T15三维地震成果1、得到的是高密度三维信息，处理后供应高密度的三维数据体；2、通常会得到较小的深度误差（不大于2%）;3、在构造困难地区可得到较精确的构造（断层、陷落柱、采空区）信息（大于5m的断层，大于30m的陷落柱）;4、能预料煤层厚度变更、冲刷带等;三维地震勘探的特点：1、地形高差太大时，平面摇摆范围大；2、干黄土厚时，信噪比低，辨别率低;3、煤层或采空区埋深浅时，效果差;4、一般来说，不能干脆解决与水有关的问题;5、不同的地震地质条件，勘探成本差异大。三维地震勘探的问题：五、常用的煤矿水文物探仪器1、地面电法仪器GDP-32（美国）、V8（加拿大）、PROTEM系列（加拿大）、TERATEM（澳大利亚）2、井下电法仪器

矿井全方位探测仪（西安）、直流电法仪（重庆、西安）瞬变电磁仪（福州、武汉）、音频电穿透仪（西安）、另外，还有地质雷达、反射波、折射波、槽波地震、瑞雷波、岩体声波探测等方法和仪器。3、地面地震勘探仪器

408、428系列（法国）、SN388（美国）、ARIES（加拿大）

（一）地面物探目前可解决的水文地质问题：1）采空区范围及积水状况。2）新生界地层富、含水区范围。3）煤系地层各富、含水层范围。4）煤层和奥陶系灰岩顶界面起伏形态及岩溶发育状况。5）推想煤层与奥陶系灰岩之间有无导水通道。6）对勘探区发育的断层、陷落柱，探测其富水性并推想导水状况。六、水文物探方法应用小结（1）小窑采空区范围及积水探测方法：瞬变电磁、激电、测氡、高密度电法

（2）含水层富水区及构造富导水探测方法：瞬变电磁目的和任务为：1）探测新生界地层富含水区范围。2）探测煤系地层各富含水层范围。3）探测奥陶系灰岩岩溶发育状况。4）推想煤层与奥陶系灰岩之间有无导水通道。5）对勘探区发育的断层、陷落柱及三维地震勘探说明的断距≥5米的断层、长轴直径≥20米的陷落柱，探测其富水性并推想导水状况。瞬变电磁资料分析——

视电阻率剖面图和3号煤层顺层视电阻率切片图综合分析（二）井下物探（1）超前探测目的和任务：探测井下巷道测帮、迎头前方0~100米范围内的断层及含水、导水构造、陷落柱及其富水性等。方法：瞬变电磁法、直流电法目前能解决的地质问题有：1）煤层中的各种小断层（如坑透），2）煤系地层中的岩溶陷落柱（如直流电法、TEM）3）煤层顶底板裂隙及其稳定性(如直流电法)，4）煤层自然发火地带，5）巷道与灾难性地质体（如采空区、陷落柱）的距离