勘探方法在煤矿采空区

勘探方法在煤矿采空区（共9篇）

篇1：勘探方法在煤矿采空区

高密度电阻率法在煤田采空区勘探中的应用

当目标体规模较小时,高密度电阻率法勘探较常规电阻率法有较大的.优越性.通过一个煤田采空区勘探的实例,介绍了高密度电阻率法的外业工作方法,详细介绍了应用surfer和RES2DINV图件定性、定量的资料解释过程,同时在结语中指出原始数据的可靠性和准确性是最重要的,并且资料解释过程应结合实际的地质情况.

作 者：冯彦东 Feng Yandong 作者单位：新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队,昌吉,831100刊 名：工程地球物理学报英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ENGINEERING GEOPHYSICS年，卷(期)：20096(5)分类号：P631.3关键词：高密度电阻率法 采空区 高电阻异常

篇2：勘探方法在煤矿采空区

瞬变电测法在探测煤矿采空区中的应用 作者：成轶斌

来源：《科技创新导报》2012年第28期

篇3：勘探方法在煤矿采空区

禹州神火隆祥矿业有限公司由神火集团在2010年整合禹州市嵩山煤业公司后组建而成, 而禹州市嵩山煤业公司是由原杨北村煤矿、原杨南村煤矿、原黄庄煤矿于2005年整合而成。整合后由于矿权更换和矿区开采时间较长, 且整合前一直属于小矿开采, 造成开采资料残缺不全, 采空区范围不详, 给矿井水文地质类型的划分造成了一定困难。神火集团2010年整合该矿后对煤矿老空水防治十分重视, 本次采用地面瞬变电磁对矿区采空区赋存情况进行了勘探, 基本查明了矿井采空区的范围和积水情况, 为煤矿的水文地质类型划分和以后的煤矿防治水工作提供了科学依据。

1 矿井地质概况

该矿区属丘陵地貌, 基岩全部被新生界第四系亚粘土、亚砂土等地层覆盖。据生产矿井和钻孔揭露, 该矿区地层主要为寒武系、石炭系和二叠系下统地层。其中石炭系太原组, 二叠系下统山西组、下石盒子组为本区含煤地层。

矿区位于华北地台南缘嵩箕中台隆中段, 白沙~许昌复向斜西南翼之白沙向斜南翼。矿区构造为一单斜构造, 地层走向90°~100°, 倾向180°~190°, 平均倾角15°。矿区范围内构造复杂程度为简单型。

2 矿井主要充水水源

(1) 老空水。该矿区范围内老空较多, 范围不清, 老空水会对矿井生产造成较大的威胁。

(2) 山西组大占砂岩、香炭砂岩顶板裂隙水。为开采二1煤层的顶板直接充水水源, 其富水性弱, 但有一定补给来源, 会通过二1煤层开采后顶板冒落裂隙和导水裂隙向矿井充水。生产中易于疏排, 一般不会影响矿井的安全生产。

(3) 二1煤层底板太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水。为二1煤底板直接充水水源, 距二1煤层一般12~15 m左右。二1煤层开采后, 由于矿压等作用, 会通过二1煤层底板裂隙以渗水方式向矿井充水, 但由于其富水性弱, 一般水量不大, 不会造成较大的突水事故。

(4) 二1煤层底板太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水。上距二1煤底板平均46 m左右, 平均厚11 m左右, 属底板进水的间接充水水源, 不会造成较大的突水事故。

(5) 二1煤层底板寒武系崮山组灰岩承压水。该含水层岩性为白云质灰岩, 厚度平均115.4 m, 上距二1煤层底板70 m左右, 属底板间接充水水源。正常情况下不会造成较大的突水事故。

(6) 断层水。虎头山断层从矿区南部通过, 其主干断裂对矿井充水影响较大, 同时由于勘探控制程度不高, 可能有与其平行或斜交的次一级断层存在。但当时主要在矿区北部开采, 短期内不会遇到该断层。在未来采掘工程接近断层时, 必须留设足够的安全煤柱, 避免盲目揭露断层, 造成意外的矿井淹水事故。

综上所述, 老空积水是矿井开采的主要潜在突水因素, 所以老空区范围及其积水情况是本次瞬变电磁勘探的主要任务。

3 采空区电性特征

煤层被开采后形成采空区, 破坏了原有的应力平衡状态。当开采面积较小且煤层顶板为塑型岩石并保存完整时, 由于残留煤柱较多, 压力转移到煤柱上, 未引起地层塌落、变形, 采空区以充水或不充水的空洞形式保存下来;但多数采空区在重力和地层应力作用下, 顶板塌落, 形成冒落带、裂隙带和弯曲带。

这些地质因素的变化, 使得采空区及其上部地层的地球物理特征发生了显著变化, 主要表现为:一方面煤层采空区冒落带与完整地层相比, 岩性变得疏松, 仅增加了导水系数;煤层采空区裂隙带与完整地层相比, 岩性没有发生明显的变化, 但由于裂隙带内岩石的裂隙发育, 也增大了导水系数。另一方面电性特征上表现为, 当煤层被采空后, 会在煤层上方岩层间形成一定空隙 (即冒落带) , 破坏了岩石的完整性、连续性, 故该处电阻率会偏高于完整岩石处的电阻率, 明显时表现出相对的高阻特性, 不明显时则会出现视电阻率等值线的波动。一旦采空区冒落带裂隙被水或泥质所充填后, 其电阻率即呈相对低阻反应, 使得该地段电阻率值的层状分布特征发生显著改变。

上述因素造成的明显差异, 正是利用瞬变电磁法进行水文地质勘探的地球物理前提。综上所述, 勘探区电性条件较好, 具有进行瞬变电磁勘探的物理基础。

4 瞬变电磁仪器及其参数的选择

4.1 瞬变电磁仪器的选择

勘探采用的仪器是加拿大Geonics公司生产的PROTEM57瞬变电磁系统。该系统包含了PROTEM瞬变电磁仪接收机和PROTEM57发射机。

PROTEM瞬变电磁仪具有很多独特的优点。例如:PROTEM的关断时间最小可短至2.5μs甚至更短, 这样便能获得早期信息, 提高浅层分辨能力;PROTEM可以观测三个分量, 这样就大大增加了信息量, 更准确地判断地下目标;PROTEM中应用了很多技术, 以提高其信噪比, 并且其动态范围达到132 d B;为了提高勘探深度, 使用加大发射线匝尺寸和降低可分辨信号电平 (它取决于仪器技术水平) 的方法等等。

4.2 工作参数的选择

瞬变电磁勘探有多种工作装置, 结合仪器特点及本次勘探任务要求, 采用大定源回线工作装置, 回线内观测。该方法具有勘探深度大、施工效率高、施工受建筑物影响小、划分异常详细等特点。根据前期进行的试验, 通过不同频率曲线对比、不同发射框对比和不同发射电流的对比最终确定工作参数如下:在勘探区南部选用6.25 Hz的发射频率、320 m×320 m发射线框可以保证勘探的深度要求, 增益用21~23, 使用30 s积分时间, 12~14 A电流可以保证数据的采集质量;在勘探区北部, 二1煤层赋存深度在100 m以下, 选用6.25 Hz的发射频率、320 m×320 m发射线框可以保证勘探的深度要求, 增益用21~25, 使用15 s积分时间观测2次, 12 A电流可以保证数据的采集质量;二1煤层赋存深度在100 m以上, 即二1煤层露头附近, 选用25 Hz的发射频率, 320 m×320 m发射线框可以保证勘探的深度要求, 增益用21~25, 使用15 s积分时间观测2次, 10~12 A电流可以保证数据的采集质量。

5 工程布置及工作量完成情况

5.1 工程布置

本次勘探工作设计测网密度为线距40 m, 点距20 m, 勘探线布设为南北向, 近似垂直于地层走向及主要构造走向。全区均匀布设测点, 布置了编号为4 000~7 880测线共98条, 具体设计测线测点数5 175个, 复查点259个 (占5%) , 试验物理点30个, 共计设计瞬变电磁勘探物理点5 464个。

5.2 完成工作量

本次瞬变电磁勘探实际共施工测线98条, 完成瞬变电磁坐标点5 167个, 质量检查点270个, 试验点30个, 共计完成瞬变电磁勘探物理点5 467个, 完成瞬变电磁勘探面积3.69 km2。

6 二1煤层采空区及其积水情况

6.1 二1煤层采空区

煤层采空区一般情况下在电法资料上表现为低阻异常区, 局部地带由于地下水疏泄条件较好且缺乏补给, 采空冒落带在空间上形成充气的裂隙带, 破坏了岩石的完整性、连续性, 在电法资料上表现为高阻异常。本次瞬变电磁解释主要以低阻异常为主, 以7 080测线为例, 该线的2 720~2 880测点下方为已知的二1煤层采空区, 从图1中可以看出, 煤层附近的等值线在2 740~3 000测点附近急剧变化, 向下扭曲, 并呈“凹”字形.已知的二1煤层采空区便位于该区域内, 采空区冒落带裂隙被水或泥质所充填后, 其电阻率即呈相对低阻反应, 使得该地段电阻率值的层状分布特征发生显著改变。二1煤层露头附近, 煤层埋深较浅, 推测已被先期开采, 其中的低阻异常为采空积水异常的反应, 这在断面图上表现较为明显, 如图1所示 (图中数据为电阻率) 。

根据本次瞬变电磁勘探资料并结合以往采掘资料及浅部地表调查资料, 在矿区内解释了采空区1处, 面积1 434 373.81 m2, 位于矿区的中北部, 北至二1煤层露头, 南至11061采面, 东西至电法勘探边界, 基本覆盖勘探区中北部大部分区域, 除已知的采空区外, 推测煤层露头附近, 处于风氧化带附近的大部分煤层也因埋深较浅而被采空, 这在视电阻率断面图上皆有低阻异常的反应, 而瞬变电磁野外地面调查资料也显示部分测线露头处存在地面塌陷, 本次将风氧化带处也解释为采空异常区, 如图2所示。

6.2 二1煤层采空积水区分析

针对解释出来的采空区, 在沿煤层视电阻率顺层切片图和视电阻率断面图上, 依据相对低阻原则, 分析采空区低阻异常的幅度及可靠性, 进而判断其富水性的强弱。老空区水属于局部积水, 因此采空区积水范围与采空区范围相比并不一致。据此解释了老空积水区的范围, 区内共解释采空积水异常区11处, 编号为B1~B11, 其中强积水异常区6处, 弱积水异常区5处, 如图3所示。老空积水区分布主要集中于勘探区的中北部。矿区中北部除部分已知采空区外, 煤层露头附近由于较早遭受采掘, 地面降水容易沿塌陷裂隙渗入老空区内;其它积水低阻区一般位于临近的采空异常区的下倾深部并有外延的趋势, 反映了老空积水在低洼处汇集的这一赋存规律;部分积水异常区伴随断裂构造发育, 反映了构造裂隙带起到一定的富集与导水作用。因此, 矿区老空积水区主要分布规律与矿区特殊的地质条件具有内在的一致性。各积水区面积如表1所示。

7 结语

篇4：勘探方法在煤矿采空区

摘要：阿尔玛勒煤炭勘查区位于新疆伊犁盆地南缘伊南煤田东段。矿区出露的地层主要为第四系、上第三系、侏罗系、三叠系、二叠系及零星的石炭系。南部、东北部含煤地层与基底石炭系、二叠系呈不整合接触关系。开采地段内未发现有断裂构造，构造类型初步可确定为简单类构造。根据物探勘探原理：不同岩性的地层或地质体的电性特征是有差异的（如煤层的电阻率值是砂泥岩层的数倍），利用EH4和瞬变电磁等物探综合方法，依据多数据解释及矿区地质条件和收集以往煤矿开采资料来确定勘查区的采空区及隐蔽地质灾害，为煤矿安全生产提供依据。

关键词：伊南煤田；电性特征；EH4；瞬变电磁；采空区

1. 勘查区概况

勘查区内多有煤层和火烧岩露头出露，在这些露头区附近，长期以来有许多小煤窑开采，煤矿业主成份复杂，多数为乡镇和个体小煤窑，部分已采空报废。地面上出现较多塌陷坑，大部分亦无法寻找煤窑口和具体开采深度与厚度，有些久远的废采坑在地表残留迹象很少，大多数已无资料可查。地面上出现较多塌陷坑，大部分亦无法寻找煤窑口和具体开采深度与厚度，有些久远的废采坑在地表残留迹象很少。根据现场调查与资料收集研究，认为20世纪90年代以前集体企业或私人开采的小煤窑，一般开采深度不超过300m，总体上多呈近东西向开采，以埋藏较浅的M8、M9、M10煤层为主。

2. 地球物理电性特征

根据以往的地质资料和少量工程钻探，区内地表浅层为第四纪沉积层，其下伏基岩为下第三系和白垩系地层，但厚度较薄，采空区主要位于侏罗系地层内，该地层厚度较大，岩性包括泥岩、砂岩。根据搜集整理的伊犁盆地南缘各地层（表2-1）及不同岩石（表2-2）电性参数统计结果可以看出：

（1）第四系為现代冲积物、新近系为杂色砾岩，电阻率呈中高值，侏罗系中下统水西沟群的电阻率较低，而盆地基底的电阻率最高。因此本区存在两个明显的电性界面，一是侏罗系顶板与第四系及新近系之间的电性界面，二是基底与盖层之间的电性界面。

（2）不同岩性间的电阻率差异较大，泥岩的平均电阻率13.78Ω·m，而煤的平均电阻率177.0Ω·m，两者相差10倍多。碎屑岩的电阻率随粒度的增大而增大，如粉砂岩的平均电阻率24.8Ω·m，粗砂岩的平均电阻率51.22Ω·m，相差一倍以上。同一岩性的岩石由于透水性、压实度及组成物质的多样性，电阻率也具有较大的差异。水西沟群的煤层电阻率呈高值，是区域上的电性标志层。

（3）采空区的电性特征：根据采空区展布特征及以往工作经验，采空区的电性特征具有以下几种情况；①采空区采硐形成的空洞保存完好，其电阻率远大于围岩的电阻率，与围岩形成明显的电性差异；②采空区内部分充水或被充填物充填或采硐部分坍塌改变了原采硐的形态。充水和充填物一般含水呈显低阻；而未充填部分则仍为高阻，在其上方呈现较为复杂的异常形态。③采空区完全被充填或坍塌，由于充填物含水呈低阻与围岩形成的高阻异常有明显差异。没有采空区分布的地区，地层和煤层正常产出，不显示电性异常。

3. 成果概略性推断解释及验证

3.1 瞬变电磁异常验证

根据瞬变电磁工作所得异常圈定的采空区由以下三种方式加以验证：

3.1.1 地表塌陷

地表塌陷处均在已圈定采空区范围内部，地表有塌陷说明采空区埋深浅。例如，T1测线桩号50～100处地表见明显塌陷坑（如图3-1），视电阻率拟断面图上该位置处有明显高阻异常与之对应。

3.1.2 已有井下采掘平面图

根据已有井下采掘平面图上所标示的采掘面平面位置，结合瞬变电磁各条剖面视电阻率拟断面图圈定的高阻异常，来判断高阻异常是否由采空区引起。如图3-2，T54测线桩号625～775处有明显的高阻异常圈闭（异常编号G54—3），在井下采掘平面图中，该位置处有原回民乡煤矿开采巷道通过，巷道标高1295.61m。两相印证，说明该处存在采空区。

3.1.3 钻孔验证

工作区内见采空区钻孔共有两处，编号分别是ZKS-1102及ZKS-1108。其中ZKS-1102号钻孔位于T64测线6号测点西北4m处，该钻孔在70m～75m深度处见一采空区。如图3-3，T64测线视电阻率拟断面图上在该处也有高阻异常圈闭。

ZKS-1108位于T22测线39号测点东4m处，该钻孔在70.8-73.1m深度处见一采空区，与G22-4号异常吻合（图3-4）。

3.2 EH-4异常验证

对ZK305钻孔资料与过孔剖面进行对比分析，图3-5为EH13线1600m～2400m段反演电阻率断面图，从图中可以看出，浅部薄层反演电阻率高阻层为第四系干燥的砂、砾、泥冲洪积层的反映。在平距2100m附近埋深约90m处出现高阻异常，其形态近于椭圆形，反演电阻率大于70Ω·m，异常的背景值为20Ω·m～40Ω·m。ZK305孔位于测线2100m处，钻孔揭示在孔深81m时钻遇一采空区。反演电阻率高阻异常与钻孔钻遇的采空区有较好的对应关系。ZK305的验证结果表明采空区在断面图上的表现为局部近圆形高阻体的依据是正确、合理的。EH-4野外工作时对各测线进行地表调查，发现各条测线上均分布有很多塌陷坑，或煤矿矿洞和通风口，这些都是采空区在地表的直接标志，并且这些塌陷坑、煤矿矿洞和通风口对应在断面图位置上的断面形态与采空区的电性特征极为相似，因此可以推断为采空区。EH-4野外工作时还对各测线进行地表调查，还发现EH1线及EH11线地表有烧结岩分布，而（下转74页）（上接16页）烧结岩是火烧区的直接标志，烧结岩分布的区域在断面图上对应位置显示为高阻薄层特征，这正是火烧区解释推断的依据。

通过以上实例分析，我们可以看出使用EH-4测量方法探测采空区满足地球物理工作的前提，EH-4测量方法探测采空区工作中取得了良好的效果，EH-4测量成果也得到了钻探验证，说明本次煤矿采空区勘探工作所选择的方法技术恰当、合适，圆满完成了采空区勘探的工作任务。由此可见EH-4测量技术具有探测采空区的可行性。

4. 结论

4.1 瞬变电磁勘探工作结论

采用多种地球物理方法对采空区进行综合探测，并综合各种地球物理方法的优点对采空区进行解释。工区浅部低阻区域具有从地表水沟向地下扩散的特征，可利用瞬变电磁法对低阻灵敏异常，横向分辨率高的特点对其进行勘探解释，说明其水的补给与地表径流紧密相关，后期处理应注意疏导。

4.2 EH—4勘探工作结论

通过搜集前人在该区使用EH-4连续电导率剖面仪进行已知采空区探测试验资料，以及本项目钻孔钻遇的已知采空区与实测的EH-4资料对比分析认为，本勘探区采空区在反演电阻率断面图中为近于圆形或椭圆形的相对高阻异常特征，与沉积地层电性差异明显。使用EH-4仪器进行的音频大地电磁测量能够达到对采空区探测的工作目的。

EH-4资料对本勘探区局部地段分布的煤炭火烧区同样有较好地反映。根据野外实地观察与EH-4实测资料对比分析认为，煤炭火烧区在反演电阻率断面图中表现为浅部局部地段的薄层高阻异常电性特征，并以高阻层盖的形态分布于反演电阻率断面图的顶部，煤田火烧区在地表的电性特征明显。

通过煤矿采空区探测工程验证，最终取得了较好的勘探效果，说明采空区综合地球物理探测技术可为煤矿采空区勘探提供可靠地地质资料，同时也为今后解决煤矿采空区水区文体提供了可以借鉴的经验。

参考文献：

[1] 耿淑莹，王万顺.可控源音频大地电磁测深在煤矿采空区探测中的应用[J].中国煤炭地质，2015，11：66—69.

[2] 李学文.综合勘探技术在采空区探测中的应用[J].中国煤炭地质，2015，10：58—61.

[3] 李宏杰，贾新果.煤矿采空区隐蔽灾害探测及治理技术与实践[J].中国煤炭地质，2015，10：29—34.

篇5：勘探方法在煤矿采空区

[摘要]由于煤炭资源在我国的能源体系中占据特别重要的地位，因此煤炭工业在我国的国民经济中具备基础性作用，加强研究地质勘探技术对促进我国煤炭工业的发展，更进一步支撑国民经济健康发展存在着现实意义。本文通过分析某煤矿当中运用地质勘探技术的研究，提供给同行进行参考。

[关键词]煤炭资源 国民经济 地质勘探技术

由于在地质勘探环节运用的工程技术比较多的是勘探技术，这项技术的使用目的就是借助于运用勘探技术，随后对矿体或者地质体的深度、储量、形态、结构、规模、产状等探明。实施地质勘探过程当中，往往频繁使用的技术是钻探与坑探技术，辅之以地球化学勘查与物理勘探。伴随着我国经济迅猛发展与科技的长足进步，导致也不断发展我国煤矿地质勘探工作。如今的研究煤矿地质勘探其涉及到遥感地质、鉴定岩矿与古生物、工程地质、物探、航空测量、煤质化验、水文地质、钻探等多个工种、行业、专业，而且具备一定规模在研究方法理论、综合分析与解释、采集与处理资料等，另外也得到良好社会效益与经济效益在勘探水资源、评价煤层气等领域。

1工程基本情况介绍

本文选取的某煤矿是处于贵州省织金县境内，其生产主采3下煤层，平均厚度是6.38m，倾角4度至10度，矿井开拓是竖井形式，生产水平有三条东西大巷开拓，布置是根据煤层，采区则是在大巷两侧进行分布，其主要采用胶带运输机进行运输，另外还有无轨胶轮机车，实施综采放顶煤采煤工艺与走向长臂冒落法。

2应用综合地质勘探技术情况

一是采区地面地震勘探。由于在设计采区之前，借助于地面地震勘探手段的使用，将断层发育规律与采区构造形态、煤层底板起伏形态与赋存状况查明，评价影响开采的含水层富水性，提出相应的防治水害措施，这就可以将可靠地质资料提供给设计采区。这一煤矿其主要采用的方法是地面瞬变电磁法、地面二维与三维地震勘探，实施的主要目的层分为3上、3下、16上与17煤层、煤系地层底界面与第四系底界面。根据勘探所获得的结果为：主要目的层拥有比较好的反射波联系性，这可以为追踪对比创造良好条件。自从建立矿井之后实施的地震勘探也查出在区域范围内比五米落差大的断层，解释三米至五米落差的断点，修正采区边界断层，这就可以将详实地质依据提供给设计。

二是井下多用途探巷施工与钻探。必须要将采区范围内地质情况充分利用起来，一边进行采掘，一边进行勘探，借助多种探测方法的使用，以便可以将详实地质材料及时提供给布置工作面，使得废巷施工极大的减少。在首采工作面回采之前施工生产采区沿着煤层布置的采取边界巷与运输巷，使得地质构造发育与煤层赋存得到进一步探测，这就可以将准确的资料提供给今后布置工作面。之前已经施工好的`工作面泄水巷，可以同时进行工作面地质情况的探测，往往都是沿着煤层布置大巷，如果巷内并没有岩石集中，这就可以相邻工作面顺槽掘进阶段，先进行施工工作面泄水巷施工，顺利排放正在回采的工作面涌水，以便可以为工作面正常回采提供保证，另外泄水巷还可以同时进行工作面内煤层地质情况探测。适当的时候借助于已经挖掘的巷道的利用，借助井下钻孔布置实施探测布置工作面与回采比较大影响的地质构造。将已经掘进的巷道适当的利用起来，借助于井下钻孔的布置可以探测上覆可采煤层情况，通过已经施工完毕的3下煤层巷道的有效利用可以探测3上煤层冲刷边界，以便可以将精准的资料提供布置3上煤层工作面。

三是井下工作面音频电透。这种探测方法就是将直流电法探测原理的充分利用，按照底下的各个煤层之间具备的导电差异情况，通过井下使用专门仪器观测人工场源分布规律以便可以将地质问题进行有效解决。这种技术方法比较适合完成掘进工作面顺槽之后，通过专门仪器的使用，往往是在将一条顺槽内的某一个点布置发射点发射，另外相对应的顺槽点左右移动范围内将之前发射的信号予以接收，往往要求测网密度保持在发射点距五十米的范围之内，接收点距离在十米的范围，这就可以形成一个扇形的扫描区。所有的发射点进行相对应，在别的巷道内扇形对称区间观测的超过二十个点，这就可以有效保证在测区范围内的所有单元都会具备三次以上发收射线覆盖。最终解释、计算、成图、分析现场收集的资料，将水文异常区进行圈定，随后按照各个层段岩层视电导率值异常变化定性来实施涌水量大小的判断。借助于采煤工作面顶板砂岩或者是侏罗系底部砾岩含水性异常位置、强弱、形态进行探查，以便将依据提供给矿井防治水，使用这一的方法总共是在4个采取实施探测十个工作面，借助于采后的分析对比，往往可以获得比较理想地质效果。

3结语

篇6：勘探方法在煤矿采空区

1 瞬变电磁法简介

瞬变电磁法又称为时间域电磁法, 简称TEM或TDEM, 它是利用不接地回线或接地线源 (电极) 向地下发送一次脉冲磁场, 在一次脉冲磁场的间歇期间, 利用线圈或接地线源 (电极) 观测二次涡流场[1,2]。二次磁场随时间衰减的规律主要取决于异常体的导电性、体积规模和埋深, 以及发射电流的形态和频率。因此, 我们可以通过接收线圈测量的二次场空间分布形态, 了解异常体的空间分布[3]。

2 野外数据采集

测区构造较复杂, 地形落差大, 根据物探测线布置的基本原则, 进行均匀网格布置, 施工时严格按照布置测点施工, 遇到断崖等恶劣地形需调整测点布置时, 在不影响测点采集数据质量的前提下做小幅调整。瞬变电磁法设计的基本网格密度为40m×20m, 其中相邻测线间距为40m, 每条测线的测点间距为20m。野外采集遇到异常进行加密施工网格为40m×10m。本次野外数据采集使用加拿大凤凰公司生产的V8多功能电法工作站, 它是一种智能化程度较高的便携式电磁探测仪。

野外施工队伍首先进场准备前期施工工作 (野外踏勘、前期测量控制等) 。本次测量共布置测线52条, 设计工作量1842个物理点, 实际完成工作量为1845个物理点, 其中坐标点1493个, 试验点80个, 加密点204个, 检查点68个, 圆满完成工作任务。

3 资料解释

进行资料解释时需要的是视电阻率、视深度等参数, 而瞬变电磁法观测到的数据是各测点各测道的瞬变感应电压。

本次瞬变电磁法工作的主要目的是基本查明勘探区4#煤层的采空区范围及积水情况。综合全区电法资料, 结合矿方提供初步地质资料, 依据视电阻率纵断面图、顺层视电阻率平面图及相关图件, 综合解释得出各地质层解释成果图如下。

煤层综合成果图, 黑色线为本次勘探控制范围, 红色连线为推断高阻采空区范围, 深蓝色填充区为煤层顶底板相对含水异常区范围.综合推断解释高阻采空区共6块, 分别为GZ-1, GZ-2, GZ-3, GZ-4, GZ-5, GZ-6, 全区均有分布;相对含水区共3块, 分别为一区, 二区, 三区。测区中部GZ-3区域和东部GZ-6区域均存在着高阻异常, 且阻值较高, 推测可能是因采空造成的高阻, 亦可能是因下伏高阻灰岩所产生的影响。

FS-2含水异常区位于本勘探区中部区域, 面积158487m2, 为本勘探区最大的一块含水异常区域, 控制测线13条, 为测线L700-L1180。本区沟壑纵横, 植被茂密, 地形错综复杂, 施工难度大, 犹以本区中部区域 (即测线J980-J1060的300-500号测点区域) 地形最为复杂, 存在较多偏点及些许空点, 部分测点离发射线框较近, 数据质量较差, 但整体采集数据质量较好, 数据可靠。本区南部为矿方已知含水区域, 中部区域亦经过井下瞬变电磁探测验证确为含水区域, 故南部及中部含水区域含水可靠性为可靠。本区全区断层较为发育, 但绝大部分为小断层, 北部区域存在着两条较大的断层, 推测北部区域低阻特性较为明显可能为断层导水, 致使采空区充水所致, 故北部含水区域含水可靠性较为可靠。综合考虑, 判定二区含水异常区含水可靠性为可靠。

图1中黑色虚线所示位置为4#煤煤层位置, 洋红色虚线所圈闭的区域表示推断的含水异常区。由断面图可知, 顺着煤层所在位置, 在桩号100-380区域, 视电阻率在160Ω·m-300Ω·m之间, 表现为高阻异常;在桩号380-460区域, 视电阻率在63Ω·m-160Ω·m之间, 表现的是背景电阻率值;在桩号460-740区域, 视电阻率在10Ω·m-62Ω·m之间, 表现的低阻特性, 推测此处为含水异常区。

图2为FS-3含水异常区的一条典型剖面, 位于J1780测线。图中黑色虚线所示位置为4#煤煤层位置, 洋红色虚线所圈闭的区域表示推断的含水异常区。由断面图可知, 顺着煤层所在位置, 在桩号100-420区域, 视电阻率在160Ω·m-300Ω·m之间, 表现为高阻异常;在桩号460-560区域, 视电阻率在10Ω·m-62Ω·m之间, 表现的低阻特性, 推测此处为含水异常区;在桩号580-740区域, 视电阻率在63Ω·m-160Ω·m之间, 表现的是背景电阻率值。在桩号460附近, 存在着较为明显的低阻等值线连通情况, 结合矿方已知资料知此处存在一断层, 推测其可能为导水断层。在桩号580-740位置, 距4#煤煤层约30m上方, 存在一含水区域, 其有别于含水层, 推测可能为2#煤采空充水显现的低阻。

高阻采空区与相对含水异常区主要是依据视电阻率的相对高低划分的, 一般而言, 视电阻率相对较低区域赋水性较强, 但在含水地层中, 相对高阻区也可能含水。在矿井开拓过程中, 为保证井下采煤生产的安全, 建议加强采掘前的矿井水文物探工作。随时观察记录水文地质条件变化情况, 出现异常, 必须及时开展井下物探或钻探工作, 查明原因, 以便实施针对性更强和更有效的防治水技术措施。

4 结论

瞬变电磁法对积水采空区反映较明显, 对高阻采空区反映相对较弱;垂向上有多层积水采空区时, 瞬变电磁的延迟效应会导致瞬变电磁法纵向分辨率降低, 在一定深度范围内难以分辨具体哪个层位引起了电磁异常。但是瞬变电磁法对低电阻敏感的特点是其他方法所不能比拟的, 其近年来得到了飞速发展。在实际应用中, 瞬变电磁法能够较准确地标定老空区的富水区域, 为实际生产做出指导。

摘要：本文利用瞬变电磁法在山西某矿的勘察实例, 详细描述了瞬变电磁法在进行煤矿采空区勘探的技术过程, 结果表明瞬变电磁法在煤矿防治水方面有着非常积极的效果。

关键词：瞬变电磁法,采空区,煤矿防治水

参考文献

[1]蒋邦远.瞬变电磁法勘探[M].北京:地质出版社, 1998.

篇7：勘探方法在煤矿采空区

【关键词】地震勘探；采空区；纵波反射

自从上世纪末以来，我国矿业开采的秩序较为混乱，在河北、河南、山西等北方地区普遍存在着采空区，这些采空区的地理位置大多数不明确，还有一些位于城郊位置，很容易引起坍塌，会严重影响居民的正常生活和城市规划工作。解决上述问题的前提条件就是要科学地探查井下空区的即时状态和空间形状，为空区安全治理和资源回采提供准确的设计依据。结合某矿的实际工程地质条件，利用地下空间和采空区三维激光系统（C-ALS）对矿山的部分空区进行探测，了解其空区的形状、大小和位置，运用其自带的软件进行编辑与成图。从而确定空区在矿山平面图上的具体位置，为空区的处理提供可靠的理论依据，从而确保作业工人和设备的安全。

一、典型实例应用

（1）采空区地质地震条件。某矿采空区所处地段是低山丘陵，且该场区位于山前丘陵地带，基本无植被生长，该套地层南倾13°，由南向北渐变浅。地层从下到上依次是：煤层，二1煤层和二3煤层，两每层之间充满了19.2m的泥砂岩互层；泥岩层，由南向北渐变浅，其厚度为40m；砂岩层，主要是厚度约为31m的砂岩；砾岩层，以砾岩为主，其总厚度大约是35m；表土层：主要是钙核层、粉土和粉质粘土层，小部分区域有一些小卵石。该区是低山丘陵，地形起伏较大，地势较开阔，有一些村庄，虽然浅部地层的地震地质条件相对较差，但根据前面所述的地层情况可以看出，不同构造的地层，其密度不同，泥岩与煤层、砾岩与砂岩的界面具备的波阻抗差异明显，地震波在不同的地层中传播速度不同，当地震波遇到岩层破碎带或者采空区时，他的振幅会降低同时期传播速度也会明显减小，具备了较好的反射条件和地震勘查勘测的前提和营养条件。（2）野外数据的采集。本次数据采集工作，使用的是德国公司（DMT）生产的单个检波器（60Hz）接收和数字地震仪（Summit），叠加观测系统（12次水平），本次工作所选取的采集参数是：道间距为3m，最大炮险距是43m～55m，偏移距是8m～20m，采用药量450克和井深3米的浅井炸药激发方法，激发时采取多次垂直叠加（≧20次），以突出有效波并压制干扰波。针对矿区特有的上述地震地质情况，我们采用激发药量尽可能小等措施，尽可能的压制地面波的干扰；为了获得较理想的单炮记录，我们挖坑插放检波器并用土埋起来。在一些无法清除掉覆盖的石子的勘查区，在埋置检波器之前我们现在要在其需要放置的部位刨坑，之后填满粘土，使检波器和地面能很好的耦合，提高信息接收的一致性。多数情况下，需要在夜间进行野外数据的采集工作，尽量将交通车辆或者及其造成的干扰降到最低，这些措施都能在一定程度上保证采集到高品质、可靠性强的野外地震数据。（3）地震勘测数据的处理。地震勘测数据的处理，是为了利用不同功能的地震处理模块，来获得水平叠加偏移时间剖面图，从而能直观反映地质信息和解释所处地质条件。某矿按以下流程对收集到的地震波进行了处理分析：资料输入→原始数据解编→动平衡→频谱分析→数值滤波→速度扫描→自动校正→剩余时差静校正→水平叠加→波动方程偏移→反褶积→绘制叠加偏移时间剖面。（4）采空区和塌陷区的地质解释。图1所示内容分别是接近为东西走向的平行测线3上面的一段水平叠加偏移时间剖面图，他所代表的区域地势相对较平坦，对剖面的坡长特征进行分析发现，剖面分辨率高、层次清晰，存在两个相互平行、连续性好的波组T1、T2（60ms～170ms）。将上述内容与该地区实际地质情况进行比较，可以判断出该剖面实际反映的是地下约165m深度处的地层。两个连续波组T1、T2在地震时间剖面出现的时间分别是60ms和165ms，T2波组能量相对较强、间断性连续，代表的大约为120m深度的煤层；T1波组能量强、连续，代表的大约是50m深度处的砂岩层和砾岩层。

（5）运用地震波解释采空区和塌陷区。对水平叠加偏移时间剖面图内地震波的特征进行分析，发现采空塌陷区缺失T2（煤层反射波）波，还表现为反射波的振幅弱、反射凌乱以及塌陷边缘处的反射波出现同相轴错断，T1表现为波反射频率低、连续相差、扭曲，正如图1中桩号为10-170处；煤层采空区的地震波T1没有异常的表现，T2煤层反射波会出现凌乱的、低频的弱反射以及该波的缺失。经本次野外地震勘测，根据图1中所示的T1和T2的波组反射特点和地质解释，我们可以推断出该区有2个地下采空区和8个塌陷区，这与我们实地钻探和考察后的结果是一致的，仅在深度问题上存在一些出入，这可能与转换计算时深时存在的误差有关。

二、结语

近几年，地震勘探被广泛地应用到矿区的采空区勘测中，利用地震勘测技术能基本上查清，矿区是单纯采空，还是采空后还伴随有塌陷，这相较于其他勘探手段更为合适。但是我们的实际勘测工作还存在一些不足，需要我们进一步改进，比如可以在一些具有代表性的坍塌区和未坍塌的采空区进行勘测，并做速度侧求，这样在转换计算时深时避免误差的出现，从而更准确的解释坍塌和采空区的实际深度。

参 考 文 献

[1]张华，陈小宏，刘松.地震勘探技术在公路采空区调查中的应用[J].地下空间与工程学报.2011，v.7；No.4902：371-374+412

篇8：勘探方法在煤矿采空区

关键词：瞬变电磁法,含水老窑,煤层露头,探孔

新疆某煤矿位于乌鲁木齐市东北, 矿区为一倾角约为45°的单斜构造, 含煤地层为侏罗系中统西山窑组 (J2x) , 由粉砂岩、细砂岩、泥岩、炭质泥岩以及多组煤层组成, 其中主采煤层平均厚20～30 m。现采用放顶煤一次采全高的方式进行开采, 直接将开采水平之上的所有煤层全部放空。该煤层地表露头处存在多个废弃小煤矿, 在地面形成了多处由采空区造成的地表塌陷, 考虑到小煤矿采空区中的积水将会给下部水平煤层开采带来很大风险, 而这些废弃小煤矿的具体情况已无法详细追踪, 因此有必要通过物探方法来探明采空区的含水情况, 以便采取相应的排水措施来消除可能的水害。

1勘探方法

考虑到天气情况及地面条件, 2009年底在井下进行了瞬变电磁勘探工作。在初始开采水平沿煤层顶底板两侧有平行开拓的煤巷, 现场观测测点分别布置在此两平行巷道内, 该矿地面标高与井下初始开采水平标高相差约70 m。

通过对现场进行考察, 将瞬变电磁勘探工作布置在煤层初采工作面南巷及北巷, 采用偶极子法进行观测, 发射线圈与接收线圈始终处于同一方向, 且接收线圈与发射线圈之间的距离总是一定的。线圈安放角度与观测方向如图1所示, 分别以南、北巷顺煤层水平倾角45°布置及南巷顺煤层水平倾角75°布置。通过不同位置及不同角度的观测系统布置, 可以从中排除近场干扰影响, 得到有效记录信号, 掌握近地表处煤层的真实电性特征。

2成果分析与验证

根据井下观测的结果, 得到了顺煤层露头走向的视电阻率剖面, 对其进行相应的解释分析并圈出了相关的异常区 (图2) 。

所发现含水异常与探水钻孔位置如图2所示, 图2中下部对煤层巷道加注桩号以确定其位置, 上部为原先所标注的老窑及其井口位置, 中部5个深灰色扁圆形表示所发现的含水异常, 另外3个淡灰色扁圆形表示所发现的含水异常信号反映较弱。所探测出的瞬变电磁含水异常与原标注的老窑位置有着大致的对应关系, 但其具体范围及主要含水地段则更为明确;另外在老窑3与老窑4之间发现了一个无已知采空区相对应的含水异常反映, 这表明该处可能存在着一个以前未被告知的老窑采空区。

从图2中可见老窑3所对应的含水异常信号反映较弱, 经调查发现该段井下掘进时曾发生上部煤层及底板岩层大量冒顶的现象。据矿方分析认为, 这是由于上部老窑含水煤仓坍塌所致, 该地段积水也已基本疏干。在测区右端, 受其右侧采掘工程疏水工作影响, 大部分积水也已经被排空, 老窑5、老窑6、老窑7部分也未见较强的异常反应。

矿方在此期间首先完成了探1、探2、探3、探4、探5、探66个探水孔的施工, 但仅有在测区范围之外的探1孔见大量老窑水。此后重新布置了探7、探8、探93个孔再次进行探水工作, 结果, 探3、探4未见水, 探5仅水量出水, 探7孔见30 m3/h的老窑水, 探8孔见25 m3/h的老窑水, 探9孔见30 m3/h的老窑水, 可见此3个孔均已落在老窑积水区中心位置。

3结语

后续钻孔工作验证表明, 通过设置合理的瞬变电磁观测系统, 能准确发现目标方向上含水老窑异常, 成功完成探测工作, 但也存在下述问题。

(1) 电法勘探工作无法直接判断含水异常的确切蓄水量, 一般只能大致认为异常区中视电阻率低、异常范围大的地段蓄水量较大, 反之较少, 但实际情况需要通过探水工作加以分析验证。

(2) 井下瞬变电磁方法通常难以准确估算所发现含水异常点与井下观测点之间的实际距离, 由于计算所得到的视电阻率值一般远远低于真实数据, 所反算的探测距离也有较大误差, 这与地面方法所得到的结果差别明显。

篇9：煤矿采空区的探测方法与处治技术

关键词:煤矿生产系统施工 强夯法处理采空区

中图分类号：TD82文献标识码：A文章编号：1674-098X(2012)01(a)-0081-02

硫磺沟矿区煤层开采历史悠久，9～15号煤层厚度大，煤质好，各煤矿及小煤窑主要开采该煤层，开采管理混乱，硫磺沟煤矿位于准南煤田头屯河中游西侧硫磺沟矿区中部，行政区划隶属新疆维吾尔自治区昌吉市硫磺沟镇管辖。硫磺沟煤矿是在原昌吉市联合厂煤矿基础上由原新疆哈密煤业(集团)有限责任公司硫磺沟分公司兼并后扩建而成。2007年10月，兖矿集团对原新疆哈密煤业(集团)有限责任公司硫磺沟分公司进行了控股重组后，2008年硫磺沟煤矿开始进行年产90万吨改扩建，在施工过程中因多方面因素的影响，施工难度较大。其中，本矿井浅部小煤矿数量多，形成的采空区较多，采空区的存在影响矿井地面工程和井巷工程的布置。由于工业广场面积有效，乌鲁木齐市—庙尔沟沥青公路又从工业广场中部通过，因此，煤矿地面生产系统污水沉淀池需要从小型的煤窑采空区穿过。

地下矿层采空后,其上方覆盖的岩层失去支撑,使上方岩层产生移动变形,有可能导致各类建筑物变形破坏,甚至倒塌。如果在建筑物下存在采空区,危险性更大,必须采用综合勘探手段,查明采空区的规模、分布、填充情况,并对采空区做出科学的稳定性评价。

1 工程地质概况

地层上部为新生代第四系土层,主要为河谷沉积和残坡积物。下伏古生代二叠系中-薄层煤系地层岩石,主要岩性为砂岩、炭质页岩、泥岩、泥质砂岩,呈互层分布,中夹三层煤:4～5号、7号和9～15号。煤层的产状和其围岩产状基本一致,在浅层以40°倾角向西(沿5#台方向)延伸,深部产状趋缓。沉淀池及其附近区域的采空区为小煤窑开采形成的采煤巷道,分布浅,多为废弃的矿井,属个体开采的巷道。这类巷道分布没有资料记载,巷道支护简单或没有支护,矿井多已垮塌,被充填或部分充填。沉淀池下的采空区即为该类型。

2 探测方法

因此类采空区的无规律性,采用物探技术,快速、准确地诊断采空区的位置、规模,为地基稳定分析及治理采空区提供科学依据。

采用高密度电法与浅层地震法对采空区进行综合勘察,通过两者的结果相互验证,基本探明了采空区位置与规模。

2.1 测区地质地球物理条件

根据测区地层岩性分析,页岩和泥质砂岩电阻率比较接近,一般为n×10Ω·m～n×102Ω·m,砂岩电阻率一般比页岩和泥质砂岩高,在n×102Ω·m以上,煤层和炭质页岩电阻率一般为n×10Ω·m左右。如巷道或采空区为空洞,则空洞与非采空区完整地层的电性有较大差异,表现为相对高阻异常。因此,具备在区内开展高密度电法工作的前提条件。同时,区内不同地层存在波阻抗差,砂岩波速值较高,页岩、煤层波速值较低,采空区(充填或未充填)边界是强反射界面,测区开展浅层地震勘探的物性前提条件较充分。

2.2 测线布置

根据勘察目的和测区地层分布情况,测线平行沉淀池轴线布置。中间5条线按10m线距布置,两侧两条线间距为20m,点距为5m。地震施测中间3条测线,点距2m;为了与高密度电法对比,在沉淀池两侧,以沉淀池中轴线为中心线,布置了间隔6.5m的2条1m点距浅剖面线和1条1m点距的联络线。

2.3 探测结果

通过物探工作,基本查明了沉淀池下部的采空区情况。资料说明,本区无采空巷道,本区存在的采空区分布较复杂,2#沉淀池下存在冒落带,1#沉淀池下裂隙发育，主要在浅部,其深度在10m左右。深部采空区分布规律不似浅部明显,说明采空区规模较小,这与当地调查了解的情况基本相似。

3 地基稳定性评价

沉淀池区域稳定性评价。

该项目早已作了前期规划,煤层的开采时间为建国前,近期工业广场范围内煤层未开采,沉淀池所在区域无采空引起的沉陷盆地变形及区域性地基失稳现象,因此，沉淀池所在区域是稳定的。工业广场范围内都设计了保护煤柱，故以后的开采活动不会危及沉淀池和地面生产系统的安全。

4 强夯法处理采空区

强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过一般10～40t的重锤和10～40m的落距，对地基土施加很大的冲击能，在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。

4.1 加固机理

强夯法是利用强大的夯击能给地基一冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并对周围土进行动力挤压。

4.2 设计方案

选用铸钢20t夯锤夯，夯锤的平面为圆形、落距为21m。夯击点布置为三角形。强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。第一遍夯击点间距(夯距)为夯锤直径的2.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可适当减小。以保证使夯击能量传递到深处和保护夯坑周围所产生的辐射向裂隙。各夯击点的夯击数为9击。每个夯击点夯3遍，最后再以低能量满夯2遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印彼此搭接。

4.3 施工方法

选用70吨履带起重机，使用滑轮组起吊夯锤，利用自动脱钩的装置，使锤形成自由落体。拉动脱钩器的钢丝绳，其一端拴在桩架的盘上，以钢丝绳的长短控制夯锤的落距，夯锤挂在脱钩器的钩上，当吊钩提升到要求的高度时，张紧的钢丝绳将脱钩器的伸臂拉转一个角度，致使夯锤突然下落。

4.4 注意事项

为防止起重臂在较大的仰角下突然释重而有可能发生后倾，应在履带起重机的臂杆端部设置辅助门架，或采取其它安全措施，防止落锤时机架倾覆。自动脱钩装置应具有足够的强度，且施工时要求灵活。

4.5 处理效果

强夯施工结束后,在强夯范围内进行钻孔检验,采用注水、压水试验测定强夯段的渗透系数,各测点均未超过10-4cm/s,表明密实充填程度满足质量要求。从所取岩芯可见,冒落带、裂隙已被充填,达到了加固目的。

5 结语

采空区的加固处理是一个新课题,从沉淀池下采空区处理来看,由于工业广场区域是稳定的,对采空区的处理主要是保证沉淀池基础附加应力对采空区的影响。

总之,在工程建设中要尽可能避绕采空区,当必须穿过采空区时,宜采用物探手段探明采空区的位置、规模,并对采空区的稳定性做出科学的评价,如需处理,工程实践表明，采用强夯法是行之有效的方法之一，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。对各类土强夯处理都取得了良好的技术经济效果。但对饱和软土的加固效果，必须给予排水的出路。为此，强夯法加袋装砂井(或塑料排水带)是一个在软粘土地基上进行综合处理的加固途径。