瞬变电磁物探技术在天欣煤矿积水区勘探中的应用

瞬变电磁物探技术在天欣煤矿积水区勘探中的应用

帕尔依扎提·合衣巴达提

玛纳斯县天欣煤业有限公司，新疆昌吉州玛纳斯县  831100

摘要：瞬变电磁技术是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。天欣煤矿在勘探中采用该项技术，确保较好的效果。本次探测工作验证了地面瞬变电磁法在煤矿采空积水区勘查中的有效性，能够为工作面合理布置和采空积水区治理等提供可靠的地质信息。

关键词：

为查明新疆玛纳斯县天欣煤矿东翼勘探范围内采空和采空积水区及火烧区边界、分布、空间特征；主要煤层顶板砂岩富水区及其富水性特征，为下一步煤矿安全生产活动提供依据，玛纳斯县天欣煤业有限公司在其井田东翼范围开展地面瞬变电磁和地面磁法物探工作。

1瞬变电磁物探技术原理

瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源通以脉冲电流为场源，以激励探测目的物感应二次电流，在脉冲间歇测量二次场随时间变化的响应。当发射回线中的电流突然断开时，在介质中激励出二次涡流场（激发极化场），二次场从产生到结束的时间是短暂的，这就是“瞬变”名词的由来。在二次涡流场的衰减过程中，早期以高频为主，反映的是浅层信息，晚期以低频为主，反映的是深层地下信息。研究瞬变电磁场随时间变化规律，即可探测不同导电性介质的垂向分布。瞬变电磁法的探测深度与回线线圈的大小、匝数有关，线圈越大、匝数越多，探测的深度就越深。

2仪器和装置类型

2.1仪器因素

本次勘查采用的仪器是加拿大Geonics公司生产的PROTEM67瞬变电磁系统。该系统包含了PROTEM瞬变电磁仪接收机和PROTEM57/67发射机。

2.2工作方法

本次勘探将采用大定源回线装置，大定源回线装置布设大线圈作为发射线框，在距发射线框边框1/3距离内用接收框接收电磁信号。

3在天欣煤矿富水异常区勘探中的应用

根据地质任务，首先把断面图上有异常反应的区域在平面位置上进行圈定和组合，初步地确定异常区的范围；然后与顺层切片图对比分析，进一步确定异常区的分布形态，并与地质成果作对应分析，分析富水异常区的分布规律；最后通过对全区地质资料及绘制的各种图件和参数进行综合分析，分别划分各层位的富水异常，绘制相应的成果图。

3.1 采空区及采空积水区的圈定

根据《新疆准南煤田玛纳斯县天欣煤矿勘探报告》及原天利煤矿的采掘信息，总结原天利煤矿开采情况为：开采B1、B22、B23、B3、B4煤层。其中B1煤最低开采水平为+1582m；B22、B23、B3煤层最低开采水平为+1500m，+1500m以上布置有开采巷道；B4煤层最低开采水平为+1435m，+1435m以上大部分采空。套合实际材料图，结合矿方已知资料，发现原天利采空区沿煤层倾向，基本位于5320测线至6120测线的1280至1420附近圈定天利煤矿采空区，为图中青色阴影圈定部分，命名为CK01。在图中蓝色实线圈定的范围所示为推测天利煤矿B1-4煤层采空积水区，分别命名为推测采空积水区A1、A2和A3及B1、C1，其中 A类代表可靠程度高，富水性强。结合剖面及平面，在天利煤矿主井以西范围存在一处范围大的采空积水区A1，积水标高主要在+1544m以深出现，积水面积约66501m2，低阻异常A1与周围电性有明显差别，此次圈定范围偏大，相对应的积水量偏大，A2位于主井以东5740线1340测点到1380测点至5940线1340测点到1380测点，形状不规则，与周围电性有明显差别，推测为B4煤层采空积水区，积水面积约7369 m2，A3位于主井以东5920线1240测点到1320测点至5960线1240测点到1320测点，为南北长条状，积水面积约2667 m2，与周围电性有明显差别；B1位于主井以北5560线1140测点到1200测点至5680线1140测点到1160测点，为不规则饼状，积水面积约6903m2，C1推测为积水区，据相关资料可知，此处送巷道遇水，未形成采面，其位于主井以东6080线1180测点到1240测点至6180线1240测点到1320测点，形状不规则，积水面积约8870m2，矿方在上述地段开采时除留设防水煤柱外，应按照“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则做好井下防治水工作，避免水害的发生。

需要注意的是，由于火烧区的存在，浅部煤层火烧之后形成的火成岩岩性电阻率高，如剖面所示，导致下部煤层采动形成的采空积水区引起的低阻异常反映不明显，对层位的识别度不是很高，这就导致主井以东（煤层依然火烧中）煤层采动区域低阻并不明显，不排除采空区里面有积水的存在。

3.2 B1-4煤层顶板砂岩富水异常成果

取B4煤层底板等高线，结合地质资料和综合钻孔柱状，采向上20米为B1-4煤层顶板砂岩的资料进行分析，所得B1-4煤层顶板砂岩富水异常成果图如下图所示，共圈出顶板砂岩富水异常区7处，考虑体积效应，不排除受火烧区局部富水影响其电阻率的结果，电性上与周边位置有明显差别，推断为顶板异常。可靠程度较高。在图右下角顶板砂岩富水异常区7位于井田边界，在东扩200米范围内的平面图上没有连续至此处的低阻异常区出现，推断该低阻区相对独立，与大石湾矿区范围内开采活动关联程度低，推测B1-4煤层顶板砂岩富水异常成果如下图所示。

3.3 B9煤层顶板砂岩富水异常成果

西山窑组孔隙裂隙含水层在全区均有分布，位于J1s隔水层之上，厚度较大，分布较广。岩性主要由泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩、砾岩及煤层等组成。其中含水层主要由细砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩、砾岩及煤层组成，多为泥质、钙质胶结，岩石硬脆，局部地段裂隙较发育，赋存一定量的地下水。由于泥岩、粉砂质泥岩等细颗粒岩石隔水性能良好，该层承压水的水头压力较大。

取B9煤层底板等高线，结合地质资料和综合钻孔柱状，采向上15米为B9煤层顶板砂岩的资料进行分析，本次探测圈出顶板砂岩富水异常区2处，低阻异常区1位于钻孔103至104之间，呈条状分布，形状不规则，低阻异常区2位于井田边界的中部区域，由于在东翼B9煤层未采动，但需注意这些区域也是火烧区存在的区域，给本次的异常划分增加了难度。所以该低阻异常相对可靠。

3.4 B12+13煤层采空区及积水区成果

B12+13煤为一结构简单～中等的中厚煤层。顶板以细砂岩为主，局部为中砂岩、粗砂岩、粉砂岩；底板以细砂岩为主，局部为粉砂岩、中砂岩。含有0～3层夹矸。该煤层全层厚度为2.99-5.98m

根据电性资料，结合本区地质及水文地质资料，圈定区内B12+13煤层采空异常区1处，命名为CK01。结合剖面图，沿煤层底板做所的顺层切片图，5000线至5200线，1900测点至2040测点低阻特征基本体现，根据充水性图显示，北部巷道（1E1302下顺槽）低且巷道有排水设施，水直接排走，对矿井安全影响极小。现有已知资料也显示东翼采空区所在的一水平基本无水，风险极小。

结合地质资料和综合钻孔柱状，取B12+13煤层底板等高线，采向上20米为B12+13煤层顶板砂岩的资料进行分析，本次探测圈出顶板砂岩富水异常区3处，异常区1在采空区内，推测煤层采动，煤层顶板陷落，和采空积水区范围划分基本一致，另两处推测与煤层火烧区有一定关联性。可靠程度较高。

4 结束语

本次勘探工作采用瞬变电磁测深法面积性控制测区主要地层含水性及顶板异常，地面磁法探测划分磁性异常，通过电性多参数综合对比分析，结合已知钻孔综合解释，工作方法正确，资料齐全，野外资料可靠，解释成果较可靠。

参考文献：
      [1]张庆辉等,时域电性源地空电磁系统在煤炭采空积水区勘查中的应用.煤炭学报,2019.44(08)。

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