煤矿水害源电磁法探测技术及应用.ppt

1、煤矿电法勘探技术与应用煤矿电法勘探技术与应用一、前言一、前言（一）我国煤矿水害类型（一）我国煤矿水害类型 我国矿井水害的类型很多，按水的来源大体上可分为我国矿井水害的类型很多，按水的来源大体上可分为五类：五类：1.1.地表水体水害地表水体水害;2.2.老空水水害老空水水害;3.3.煤层顶底板砂岩孔、裂隙水水害煤层顶底板砂岩孔、裂隙水水害;4.4.岩溶水水害岩溶水水害;5.5.废弃井口、采后冒裂带、岩溶地面塌陷坑（洞）、陷废弃井口、采后冒裂带、岩溶地面塌陷坑（洞）、陷落柱、断层带及煤层顶底板或封孔不良的旧钻孔都会成为落柱、断层带及煤层顶底板或封孔不良的旧钻孔都会成为可能的含（导）水通道。可能的含

2、（导）水通道。当采煤工作面或掘进巷道接近或沟通老空区时，极易当采煤工作面或掘进巷道接近或沟通老空区时，极易发生老空水水害。发生老空水水害。一、前言（二）（二）地球物理勘探物理依据地球物理勘探物理依据(电磁法电磁法)从从电电性性上上分分析析不不同同地地层层的的电电性性分分布布规规律律为为：煤煤层层电电阻阻率率值值相相对对较较高高，砂砂岩岩次次之之，粘粘土土岩岩类类最最低低。由由于于煤煤系系地地层层的的沉沉积积序序列列比比较较清清晰晰，在在原原生生地地层层状状态态下下，其其导导电电性性特特征征在在纵纵向向上上固固定定的的变变化化规规律律，而而在在横横向向上上相相对对比比较较均均一一。当当存存在在构

3、构造造破破碎碎带带时时，如如果果构构造造不不含含水水，则则其其导导电电性性较较差差，局局部部电电阻阻率率值值增增高高;如如果果构构造造含含水水，由由于于其其导导电电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体。性好，相当于存在局部低电阻率值地质体。综综上上所所述述，当当断断层层、裂裂隙隙和和陷陷落落柱柱等等地地质质构构造造发发育育时时，无无论论其其含含水水与与否否，都都将将打打破破地地层层电电性性在在纵纵向向和和横横向向上上的的变变化化规规律律。这这种种变变化化规规律律的的存存在在，为为以以岩岩石石导导电电性性差差异异为为物物理理基基础础的的电电磁磁法法探探测测方方法法提提供了良好的地质条件。供了良好

4、的地质条件。（一）地面电法勘探地质任务（一）地面电法勘探地质任务(1)(1)探明矿区主要含水层和隔水层的埋深、探明矿区主要含水层和隔水层的埋深、层厚、产状层厚、产状和隐和隐伏导水通道的位置；伏导水通道的位置；(2)(2)探探明明采采区区主主要要控控水水构构造造及及岩岩溶溶、裂裂隙隙发发育育带带、陷陷落落柱柱的的位位置，并对其富水性进行评价；置，并对其富水性进行评价；(3)(3)探探明明采采煤煤工工作作面面顶顶、底底板板岩岩层层或或掘掘进进巷巷道道前前方方隐隐伏伏导导水水通通道和含水体的位置；道和含水体的位置；(4)(4)探明老窑采空区，圈定采空区积水范围；探明老窑采空区，圈定采空区积水范围；(

5、5)(5)探查采动岩体裂隙发育规律和承压水原始导升高度探查采动岩体裂隙发育规律和承压水原始导升高度；(6)(6)防治水工程质量评价，如注浆效果检测等防治水工程质量评价，如注浆效果检测等。二、二、地面电法勘探技术地面电法勘探技术 （二）方法简介二）方法简介 直流电法勘探和电磁法勘探是水资源勘查和水文地质条直流电法勘探和电磁法勘探是水资源勘查和水文地质条件评价的主要物探方法。件评价的主要物探方法。二、二、地面地面电法勘探电法勘探技术技术方法方法特点特点主要应用范围主要应用范围直流电法直流电法 1 1）理理论论方方法法成成熟熟，施施工工技技术术简简单单，抗干扰。抗干扰。2 2）体体积积效效应应影影响

6、响大大，随随着着勘勘探探深深度的增大，分辨率急剧下降；度的增大，分辨率急剧下降；3 3）施工效率低，工作量大。）施工效率低，工作量大。主要用于浅部（小于主要用于浅部（小于500500米）的水文勘探工作，如：米）的水文勘探工作，如：第四系含水层、覆盖层厚第四系含水层、覆盖层厚度、断层裂隙带、岩溶等度、断层裂隙带、岩溶等的勘查。的勘查。瞬变电磁瞬变电磁测深法测深法 1 1）体体积积效效应应小小、分分辨辨力力高高、施施工工效率高；效率高；2 2）能能穿穿透透高高阻阻屏屏蔽蔽层层，勘勘探探深深度度大；大；3 3）抗干扰能力比直流低；）抗干扰能力比直流低；4 4）受地表人文设施干扰大。）受地表人文设施干

7、扰大。5 5）存在浅部勘探盲区。）存在浅部勘探盲区。主要用于中深部（小于主要用于中深部（小于10001000米）水文勘探工作，米）水文勘探工作，如：砂岩富水区、断层裂如：砂岩富水区、断层裂隙带、岩溶裂隙等的勘查隙带、岩溶裂隙等的勘查。（二）方法简介二）方法简介方法方法特点特点主要应用范围主要应用范围可控源可控源音频大音频大地电磁地电磁测深法测深法 1 1）能能穿穿透透高高阻阻屏屏蔽蔽层层，勘勘探探深深度度大大 ；2 2）横向分辨力高、施工效率高；）横向分辨力高、施工效率高；3 3）受受地地表表不不均均匀匀体体影影响响大大（静静态态效效应）；应）；4 4）存在过渡区；）存在过渡区；5 5）资料处

8、理解释复杂。）资料处理解释复杂。可用于中深部（可达可用于中深部（可达15001500米）水文勘探工作，如：米）水文勘探工作，如：砂岩富水区、断层裂隙带、砂岩富水区、断层裂隙带、岩溶裂隙、地热等的勘查。岩溶裂隙、地热等的勘查。EH4EH4大地大地电磁测电磁测量系统量系统 1 1）天天然然场场与与人人工工场场相相结结合合工工作作方方式式 ；2 2）发射装置轻便，便于野外移动发射装置轻便，便于野外移动 ；3 3）时时间间域域多多次次迭迭加加采采集集数数据据，提提供供了丰富的地质信息；了丰富的地质信息；4 4）实时数据分析，确保观测质量；实时数据分析，确保观测质量；5 5）现场给出连续剖面的拟二维反演

9、现场给出连续剖面的拟二维反演结果，较直观；结果，较直观；6 6）勘探深度较大，分辨率高。勘探深度较大，分辨率高。勘探深度勘探深度101000米，岩米，岩土电导率分层、地下水探土电导率分层、地下水探测、基岩埋深调查、煤田测、基岩埋深调查、煤田高分辩率勘探、工程地质高分辩率勘探、工程地质和环境调查及咸淡水分界和环境调查及咸淡水分界面划分等面划分等 二、二、地面地面电法勘探电法勘探技术技术（一）一）电阻率法基本理论与方法电阻率法基本理论与方法 1、地下电流场分布、探测深度及探测体积概念 三、三、地面地面电法勘探电法勘探方法基本原理方法基本原理2.2.地下高阻和低阻异常体对电流的吸引和排斥作用地下高阻

10、和低阻异常体对电流的吸引和排斥作用 3.视电阻率概念及计算 三、三、地面电法勘探方法基本原理地面电法勘探方法基本原理（二）垂向电测深法（二）垂向电测深法1.垂向电测深法原理（对称四极装置）垂向电测深法原理（对称四极装置）三、三、地面电法勘探方法基本原理地面电法勘探方法基本原理 2 2三极测深法三极测深法特点：特点：相对于对称四极测深法，三极测深法具有以下特点：相对于对称四极测深法，三极测深法具有以下特点：（1）工工作作方方便便灵灵活活，无无穷穷远远供供电电电电极极的的位位置置确确定定后后只只需需移移动动近近测测点点供供电电电电极极，单向布置电极受地面地物的影响最小，测线端的测量单向布置电极受地

11、面地物的影响最小，测线端的测量“盲区盲区”最短；最短；（2）三三极极测测深深是是非非对对称称装装置置，它它对对地地下下地地电电异异常常体体的的电电性性响响应应最最强强，其其异异常常分分辨能力比对称装置高，可通过加大电极距密度，提高电法勘探的分辨能力；辨能力比对称装置高，可通过加大电极距密度，提高电法勘探的分辨能力；（3）测测量量可可采采用用固固定定MN方方式式，这这样样既既可可以以减减小小地地表表不不均均匀匀体体的的干干扰扰，又又能能提提高高勘探精度。特别适合于探测中浅部发育岩溶的分布情况。勘探精度。特别适合于探测中浅部发育岩溶的分布情况。（4）由于用单极供电，）由于用单极供电，MN间信号较弱

12、，需要大电流供电。间信号较弱，需要大电流供电。（二）垂向电测深法（二）垂向电测深法（三）电剖面法（三）电剖面法 1.1.原原理理 电电剖剖面面法法是是用用以以研研究究地地电电断断面面横横向向电电性性变变化化的的一一类类方方法法。一一般般采采用用固固定定的的电电极极距距并并使使整整个个电电极极装装置置沿沿着着测测线线平平移移，这这样样便便可可观观测测到到在在一一定定深深度度范范围围内内视视电电阻阻率率沿沿着着剖剖面面的的横横向向变变化化。相相对对于于电电测测深深而而言言，电电剖剖面面法法更更适适用用于于探探测测产产状状陡陡立立的的高高、低低阻阻体体，如如划划分分不不同同岩岩性性的的接接触带、追索

13、断层及构造破碎带等。触带、追索断层及构造破碎带等。2.2.装置类型：装置类型：联合剖面法、对称四极剖面法联合剖面法、对称四极剖面法和复合和复合对称四极剖面法对称四极剖面法等等三、三、地面电法勘探方法基本原理地面电法勘探方法基本原理3.应用实例（三）电剖面法（三）电剖面法横穿古河道的对称四极剖面曲线横穿古河道的对称四极剖面曲线1-1-砂砾岩；砂砾岩；2-2-坚硬砂岩坚硬砂岩低阻体上对称四极剖面与联合剖面曲线的关系低阻体上对称四极剖面与联合剖面曲线的关系（四）四）高密度电阻率法高密度电阻率法 1.1.高密度电阻率法勘探系统的结构示意图高密度电阻率法勘探系统的结构示意图 三、三、地面电法勘探方法基本

14、原理地面电法勘探方法基本原理(四四)高密度电阻率法高密度电阻率法2.2.密度电阻率法的装置形式密度电阻率法的装置形式（四）（四）高密度电阻率法高密度电阻率法3 3高密度电阻率法特点高密度电阻率法特点（1 1）由由于于电电极极布布设设是是一一次次完完成成的的，这这不不仅仅减减少少了了因因电电极极设设置置而而引引起起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。（2 2）能能有有效效的的进进行行多多种种电电极极排排列列方方式式的的扫扫描描测测量量，因因而而可可以以获获得得较较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。丰富的关于地电断面结

15、构特征的地质信息。（3 3）野野外外数数据据采采集集实实现现了了自自动动化化或或半半自自动动化化，不不仅仅数数据据采采集集速速度度快快，而且避免了由于手工操作所出现的错误。而且避免了由于手工操作所出现的错误。（4 4）可可以以对对资资料料进进行行预预处处理理并并显显示示剖剖面面曲曲线线形形态态，脱脱机机处处理理后后还还可可自动绘制和打印各种成果图件。自动绘制和打印各种成果图件。（5 5）与与传传统统的的电电阻阻率率法法相相比比，高高密密度度电电阻阻率率法法成成本本低低、效效率率高高，信信息丰富，解释方便，勘探能力显著提高。息丰富，解释方便，勘探能力显著提高。（6 6）由由于于高高密密度度电电阻

16、阻率率法法采采用用自自动动读读数数，在在工工业业流流散散电电流流干干扰扰较较大大的矿区工作时不易保证观测质量，特别是大极距时更是如此。的矿区工作时不易保证观测质量，特别是大极距时更是如此。（7 7）高高密密度度电电阻阻率率法法主主要要用用于于勘勘探探浅浅部部的的电电性性异异常常体体，在在水水文文物物探探中常用于浅部裂隙带、采空区等的精细勘探。中常用于浅部裂隙带、采空区等的精细勘探。（五）瞬变电磁法（五）瞬变电磁法1.1.原理原理 瞬变电磁法（瞬变电磁法（Transient Electromagnetic MethodTransient Electromagnetic Method，简称简称TEMTEM）是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布，来解决有关地质问题的时间域电磁法。和时间分布，来解决有关地质问题的时间域电磁法。2.电磁感应原理电磁感应原理三、三、地面电磁法勘探方法基本