顾北1312探水物探成果报告文档格式.docx

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吴荣新

项目负责

目录

1工程概况3

2探测方法原理3

2.1三维直流电法基本原理3

2.2矿井瞬变电磁探测原理4

3现场数据采集6

3.1并行电法现场布置6

3.2瞬变电磁法探测布置6

4探测结果分析7

4.1井下瞬变电磁探测结果分析7

4.2三维并行电法探测结果分析8

5综合分析10

6探测结论与建议11

6.1结论11

6.2建议11

1工程概况

顾北矿1312

（1）工作面在掘进过程中，顶板常出现较大涌水现象，严重影响了工作面的正常生产。

为确保本工作面安全生产，需查明该面顶板富水区分布情况。

通常工作面内直流电法和瞬变电磁法都是较有效的物探手段，拟决定采用三维直流电法和瞬变电磁法综合物探法来探测顶板富水区情况。

探测内容为：

（1）采用三维直流电法和瞬变电磁法综合物探来探测工作面顶板岩层电性变化情况；

（2）分析工作面顶板赋水性，圈定工作面顶板相对富水区；

（3）对探测范围内工作面顶板内富水区、导水范围做出分析评价，指导防治顶板水工作。

2探测方法原理

工作面内及煤层顶底板岩层内的富水区，通常表现为低电阻率异常。

工作面内的较大落差断层（>

1/2煤厚），在断层两侧常存在煤层变薄现象，电阻率相对变低；

而厚层煤区则表现为相对高阻。

因此，富水区范围和煤层变薄区等与正常煤层间存在明显的电性差异，可以进行电法探测来查明相关问题。

2.1三维直流电法基本原理

电法探测采用网络并行电法进行探测。

探测使用的仪器为并行网络电法仪，该仪器的最大优势在于任一电极供电，可在其余所有电极同时进行电位测量，可清楚地反映探测区域的自然电位、一次供电场电位的变化情况，采集数据效率比传统的高密度电法仪又大大提高，是电法勘探技术的又一次飞跃，是国内率先使用的方法。

例如：

测在线布置64个电极，对于AM法采集时，任一电极供电时，其余63个电极同时采集电位，这样其数据采集效率与串联采集相比，采集效率至少提高了63倍。

不仅如此，通过AM法和ABM法装置自动顺次切换电极，取得大量的电法数据（如图2-1）。

采用网络并行电法采集的数据可用于超前电阻率法反演。

　　电阻率三维反问题的一般形式可表示为：

图2-1网络并行电法采集电位图

（a）AM法；

（b）ABM法

　　式中：

G为

矩阵；

d为观测数据

和正演理论值

的残差向量；

为初始模型

的修改向量。

对于三维问题，将模型剖分成三维网格，反演要求参数就是各网格单元内的电导率值，三维反演的观测数据则是测量的单极-单极电位值或单极-偶极电位差值。

由于它们变化范围大，一般用对数来标定反演数据及模型参数，有利于改善反演的稳定性。

由于反演参数太多，传统的阻尼最小二乘反演往往导致过于复杂的模型，即产生所谓多余构造，它是数据本身所不要求的或是不可分辨的构造信息，给解释带来困难。

在最小二乘准则中加入光滑约束，反演求得光滑模型，提高了解的稳定性。

其求解模型修改量

的算法为：

其中C是模型光滑矩阵。

通过求解

矩阵G及大型矩阵逆的计算，来求取各三维网格电性数据。

网络并行电法仪采集的数据为全电场空间电位值，保持电位测量的同步性，避免了不同时间测量数据的干扰问题。

通过在已掘巷道中布置电法测线，观测不同位置不同标高的电位变化情况，通过三维电法反演，得出巷道周边及前方范围的电阻率分布情况，从而给出客观的地质解释。

2.2矿井瞬变电磁探测原理

图2-2理论探测模型

瞬变电磁法（TransientElectromagneticMethods），又称时间域电磁法（TimeDomainElectromagneticMethods），简称TEM或TDEM，是近年来国内外发展得较快、地质效果较好的一种电法勘探分支方法。

它与其它测深方法相比，具有探测深度大、信息丰富、工作效率高等优点。

自上世纪五十年代以来，该方法得到迅速发展，特别是对探测高阻覆盖层下的良导电地质体取得了显著的地质效果。

它主要应用于金属矿勘查、构造填图、油气田、煤田、地下水、地热以及冻土带和海洋地质等方面的研究，在国内外已取得了令人瞩目的效果。

瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。

其探测原理是：

在发送回线上供一个电流脉冲方波（见图2-2），在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡（衰减）过程（见图2-3、2-4）。

该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向掌子面传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。

如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V（t），就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。

如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程；

当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在。

瞬变电磁场在大地中主要以扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。

3现场数据采集

现场探测工作于2011年5月9日进行，现场采用三维并行直流电法和瞬变电磁两种方法。

3.1并行电法现场布置

图3-1三维电法现场电极（红色圆点）布置

本次工作面三维并行电法的测线沿1312

（1）胶带机顺槽和回风顺槽点与南翼11-2回风大巷交叉点往工作面切眼方向布置，均完成250m测线长度数据采集，共完成2个测站的数据采集，每个顺槽各布置1站，单位电极距为5m。

两顺槽共计完成500m段电法数据采集任务。

3.2瞬变电磁法探测布置

图3-2顾北矿1312

（1）工作面瞬变电磁测点（蓝色圆点）布置

瞬变电磁测线布置于1312

（1）胶带机顺槽和回风顺槽点及南翼11-2回风大巷，测点距为10m，共计测线长度为810m（回风顺槽：

150m，胶带机顺槽：

250m，11-2回风大巷：

350m），见图3-2。

同时，在回风顺槽和胶带机顺槽中每个测点布置两个探测方向，分别为巷道垂直方向顶板和斜向面内45°

顶板方向；

11-2回风大巷内布置3个探测方向，分别为巷道垂直方向顶板和斜向面内45°

顶板方向以及斜向面外45︒方向。

现场采用多匝重叠装置，通过定向发射接收，捕捉顶板岩层富水区。

4探测结果分析

4.1井下瞬变电磁探测结果分析

附图1、附图2和附图3分别为1312

（1）工作面本次瞬变电磁测试范围内视电阻率成像图。

总体上，胶带机顺槽、回风顺槽和回风大巷顶板岩层电阻率较为接近，数据成像采用统一等值线色标，以便直观分析岩层电性分布特征。

因1312

（1）工作面巷道内金属支护，且在回风大巷观测时，局部堆积大量金属器件，给本次瞬变电磁探测解释处理造成一定的困难，经分析校正，针对探测段该工作面顶板富水性情况，获取4个相对低阻异常区。

由于探测区域环境存在大量金属干扰，使得电磁感应信号非正常抬高，导致本次瞬变电磁探测电性参数（视电阻率值）偏低，进一步影响电磁场“时—距”转换，给探测异常深度判定造成一定的误差。

为获得异常最佳判定，结合淮南矿区11层煤瞬变电磁探测经验，并考虑视电阻率等值线形态及其梯度变化情况，确定本工作面以8

为高电磁感应区域，即为低阻异常区。

（1）TY1异常区

位于胶带机顺槽一侧，沿巷道走向分布范围为X1+60～140m，主要沿面内展布<

50m，其顶板上部岩层视电阻率值总体低于8

；

分析该异常区为受F93-1断层（∠58～65°

，H=14.2m）影响，顶板岩层含水裂隙发育。

（2）TY2异常区

沿胶带机顺槽，N15+30～60m，主要位于垂直顶板上方，深度<

50m，该段岩层视电阻率值总体低于8

分析该区域受回风大巷侧多组断层影响，顶板岩层裂隙发育，含水。

（3）TY3异常区

位于回风顺槽与南翼回风大巷交叉口附近，沿面内展布范围<

70m，该段岩层视电阻率值总体低于8

分析该段工作面顶板岩层裂隙发育，少量含水。

（4）TY4异常区

位于南翼回风大巷N15～N22之间，纵向分布于巷道内外侧顶板，深度分布于30～50m之间，岩层视电阻率值总体低于8

该区域与TY2异常区位置较为接近，认为两异常区为同一含水区，分析受回风大巷侧多组断层影响，顶板岩层裂隙发育，含水。

4.2三维并行电法探测结果分析

图4-1为顶板三维电法电阻率成像立体效果图，由图可见，高低阻值差异明显，其中低阻区范围主要位于顶板35m以内，尤其是顶板20m范围以内，分析主要为煤层顶板砂岩含水。

附图4～8为顶板上方不同深度三维电阻率成像水平切片。

受巷道及其周边金属影响，顶板浅部切面电阻率值波动较大；

顶板10m切面低阻区范围反应顶板富水区分布情况；

顶板35m以上，相对低阻范围显著减小，到65m以上，异常区基本难以准确分辨。

因此，本次探测选择顶板上部10m断面内低阻区作为相对富水区。

由附图中可见2个相对低阻区，分别定义为EY1区和EY2区。

其中：

（1）EY1异常区

区域电阻率值<

9

，位于胶带机顺槽一侧，分布范围较大（沿胶带顺槽，N15+20～200m），在影响区内，又可细分为几个相对集中低阻区，分别定为EY1-A、EY1-B和EY1-C，其电阻率值<

7

，中心<

4

。

分析该区岩层裂隙发育，含水性强。

具体可见附图4；

（2）EY2异常区

相对EY1区较小，主要回风顺槽一侧，沿回风顺槽走向范围为20～70m，沿面内展布<

70m，参考原点为南翼11-2回风大巷与回风顺槽交叉口，具体见附图4。

该区阻值亦表现较低，分析该区具有一定的含水性。

5综合分析

由于瞬变电磁和并行电法探测方式不同，瞬变电磁易受巷道内金属体、积水区等影响，探测结果空间可靠性受到影响；

而三维电法探测结果主要受电极接地点附近电阻率影响，总体上其平面分辨能力较好；

因此，瞬变电磁和三维电法探测结果具有一定互补性。

考虑到主要的顶板砂岩水威胁区平面及深度范围都应较大，因此，取三维电法切面低阻范围（品红色虚线区）与瞬变电磁所圈异常范围（蓝色虚线区）相交区为重点富水区（红线区），代表放水验证钻终孔位置范围，以两者并集范围作为富水区范围（黑色虚线区），共圈定2个低阻区，具体见附图9。

（1）YC1低阻区

异常范围为N15～N15+300m，主要沿胶带机顺槽走向分布于巷道两侧，其中偏向面内一侧延展宽度约为50m，面外侧延展宽度约为40m；

顶板延展深度为<

50m；

结合地质资料分析，该区夹于南北两侧多组断层之间，其中北侧断层（F93-1）落差约为14m，南侧断层落差平均为1.5m，推测受断层影响，该异常区顶板岩层裂隙发育，含水。

综合三维电法和瞬变电磁法探测结果，圈定3个低阻区核心，分别为Z-1、Z-2和Z-3为重点防治水区域，作为设计钻孔终孔所在位置；

（2）YC2低阻区

位于南翼11-2回风大巷与1312

（1）工作面回风顺槽交叉口附件，沿回风顺槽走向范围为20～90m，主要沿面内展布，范围<

70m，顶板延展深度<

35m。

综合两种探测结果，分析该区顶板岩层裂隙发育，具有一定富水性；

并圈定低阻区核心位置Z-4为重点防治水区域，作为设计钻孔终孔所在范围；

6探测结论与建议

6.1结论

根据瞬变电磁和三维并行电法探测结果，探测区共有2个低阻区（附图10），并给出低阻区中较深范围低阻核心区域作为设计钻孔终孔所在范围。

根据各低阻区空间分布特征，给定异常如表6-1。

表6-1异常区分布特征及含水评价

异常区

重点防治区

平面展布

顶板深度分布

YC1

Z-1

见附图10

<

50m，主要分布于10～20m

Z-2

Z-3

YC2

Z-4

35m，主要分布于10～20m

含水强度评价

推测各异常区富水，其中Z-1>

Z-2>

Z-3>

Z-4

6.2建议

（1）建议依据《煤矿防治水规定》，设计相应钻孔进行探放水工作；

（2）若YC1低阻区Z-1范围内富水性经验证含水量较大，对安全回采构成威胁，则对Z-2和Z-3继续进行探放水工作；

（3）若对Z-2和Z-3区域富水性验证对安全生产构成威胁，则应继续对Z-4区施工钻孔，进行探放水工作；

（4）若Z-1、Z-2和Z-3范围富水性验证对工作面安全生产不构成威胁，则其余范围可不再进行探放水工作，而进行安全施工或生产。

附图1顾北煤矿1312

（1）工作面胶带机顺槽（45°

面内顶板及垂直顶板方向）瞬变电磁探测结果图

附图2顾北煤矿1312

（1）工作面回风顺槽（45°

附图3顾北煤矿1312

（1）工作面南翼回风大巷（45°

面内顶板、垂直顶板及45°

面外顶板方向）瞬变电磁探测结果图

附图4顾北煤矿1312

（1）工作面三维电法顶板10m电阻率切片

附图5顾北煤矿1312

（1）工作面三维电法顶板20m电阻率切片

附图6顾北煤矿1312

（1）工作面三维电法顶板35m电阻率切片

附图7顾北煤矿1312

（1）工作面三维电法顶板50m电阻率切片

附图8顾北煤矿1312

（1）工作面三维电法顶板65m电阻率切片

附图9顾北煤矿1312

（1）工作面顶板探水多种解释成果叠加效果图

附图10顾北煤矿1312

（1）工作面顶板探水富水区范围综合解释图