综合物探方法在双马煤矿的应用

辛磊　丁占平

摘 要：煤层在开采过程中遇到冲击岩层包裹體，传统方法很难控制包裹体的范围。利用矿用瞬变电磁法、矿用并行直流电法、矿井地震波法探测冲击岩层包裹体的边界，在勘探有效范围内确定冲击性岩层包裹体的大致范围，给巷道布置提供更加科学合理的建议，为煤矿生产节约大量成本。

关键词：冲击岩层包裹体；瞬变电磁法；并行直流电法；矿井地震波法；富水性；视电阻率；视电阻率相关系数

前言

双马煤矿是在马家滩矿区建设的大型矿井。4-1煤边界泄水巷掘进时，在煤层中发现有疑似冲击岩层包裹异常体发育，岩性为中粒砂岩。继续掘进，发现该异常体发育形态呈增大趋势。巷道沿煤层顶板掘进，且煤层顶板完好，未受构造影响所变化，掘进迎头煤层沿巷道方向的伪倾角是13°，左帮夹矸比较稳定。为了更准确的掌握该地质异常体的发育形态，决定采用瞬变电磁法和矿井地震波法及钻探来查明该地质异常体的分布情况和巷道掘进前方的煤层顶底板围岩相对富水性情况。

1 探测任务

4-1煤边界泄水巷掘进至时，在煤层中发现有疑似冲击性岩层包裹异常体发育，岩性为中粒砂岩。继续掘进，发现该异常体发育形态呈增大趋势。本次探测用综合物探的方法探明该冲击性岩层包裹体的范围。

2 物探工作

2.1 物探方法选择

通过现场踏勘并对矿方提供的地质资料进行分析，结合地质异常体的地球物探特征条件，物探工作采用矿井瞬变电磁法和地震波反射技术法进行探测。

2.2 物探原理

2.2.1 矿井瞬变电磁法

瞬变电磁法基本工作方法是：放置通以一定电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流，断电后，感应电流由于损耗而随时间衰减。衰减过程分为早、中和晚期。早期的电磁场衰减快，趋肤深度小；而晚期成分衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。

2.2.2 地震波反射技术法

（1）单点探测原理。单点探测技术是源于反射地震波勘探中的自激自收方式，即反射波中偏移距为零的垂直反射形式。它是通过接收岩、煤层界面的地震波垂直反射信号，来解析计算目的层距离或厚度的。波速必须是一已知数，其取值准确与否，直接影响到目的层距离或厚度探测的精度。

（2）反射共偏移探测技术。反射共偏移探测技术是依据反射波勘探原理，在单边排列分析基础上选定最佳偏移距，并按一定的步距同步前移完成探测任务。根据测试所获得的地震波记录，进行反射波相位追踪，确定各个界面的反射波组并求取反射相位时间，即可求解探测目标体的深度，并进行地质解释。

3 测线布置

3.1 矿井瞬变电磁法

瞬变电磁法主要对掘进迎头及巷道右帮进行探测，装置选择中心重叠方式，线框大小为2m×2m，发射线圈9匝，接收线圈18匝。迎头按半圆型布设了3个半圆测线，分别为顶板45°、顺层、底板45°。每条测线为13个测点。

3.2 地震波反射技术法

用地震波反射技术法对掘进迎头及巷道右帮做探测。

3.2.1 迎头单点探测

在迎头位置进行单点探测，共采集30个点，增益分别问24DB、36DB、48DB。

3.2.2 右帮反射共偏移探测

紧贴迎头在右帮进行反射共偏移探测，偏移距4m，步距2m，道间距2m，共34个测点。

4 分析与解释

4.1 矿井瞬变电磁法

经过数据处理得出：

4.1.1 11采区边界泄水巷迎头顶板45°富水性比较强。视电阻率值在6Ω·m以下的区域富水性强，6Ω·m～12Ω·m的区域富水性较强，12Ω·m～30Ω·m的区域富水性较弱，30Ω·m以上区域富水性很弱。

4.1.2 11采区边界泄水巷迎头顺层70m范围的电性变化情况。整个区域富水性较弱。

4.1.3 11采区边界泄水巷迎头底板45°70m范围的电性变化情况。从整体上看，左右两帮的低阻区域面积很小。

结合三条测线上的视电阻率剖面图，得出结论：迎头顶板视电阻率值最高，底板次之，顺层最低；说明其富水性顶板最弱、底板次之、顺层最强；得出左帮高阻区域是由于煤层引起，而由于瞬变电磁法扩散角度对探测方向有一定的影响，所以高阻煤层对顶板45°视电阻率值影响最大，其次为顺层、再次为底板45°，右帮低阻区域是由于冲击性岩层包裹体引起，其纵向范围由于探测距离不够未能控制。

4.2 地震波反射技术法

4.2.1 迎头单点探测结果

根据频谱分析，采用地震波传播综合波速为3.0m/ms。从数据处理中综合来看，在24m和44m处存在异常界面。44m处异常界面是由于岩性变化引起。

4.2.2 右帮反射共偏移探测结果

右帮探测波形结果显示，在靠近迎头的10m范围内由于探测距离有限，不能探测到煤岩界面，说明煤岩界面有向深部延伸的趋势，并且斜率很大。

5 结束语

由于左帮洞室比较多，地震波探测干扰非常明显，只能根据瞬变电磁法的探测结果来划分异常界面。根据三种物探方法的反映，结合泄水巷掘进过程中的地质资料，综合圈定了该疑似冲击岩层包裹包裹体的平面分布范围，见图1。左帮范围未能控制。本次探测成果基本与钻探资料相吻合，说明瞬变电磁法及反射地震波法在探测冲击岩层包裹体的可行性，但是由于波速的控制为地震波法的难点，而这次地震波探测所用波速均为经验波速，主要由频谱分析、煤层硬度、煤层密度、岩层硬度、岩层密度等物理参数确定，所以有一定误差。因此在探测距离上亦有一定误差。

参考文献

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