浅谈煤矿采空区探测方法研究

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1、浅谈煤矿采空区探测方法研究廖鑫四川省安全科学技术研究院四川成都610045摘要：我国煤炭资源开采活动年代久远、基础资料匮乏，所形成的采空区为现代工程建设埋下隐患。瞬变电磁技术是目前地球物理勘探的新方法，对采空区探测有着不可比拟的优势。木文通过实际案例验证了瞬变电磁法在煤矿采空区探测方面取得良好效果，解决了井下地质预报问题，为企业安全生产保驾护航。关键词：釆空区；瞬变电磁；地球物理1.前言随着煤炭资源的大规模开釆，造成了大量的采空区，据调查，全国有一半以上的煤矿釆空区没有经过处理，有的不规范开采煤矿形成的采空区、煤矿老空区的位置和范围很难确定，存在很大的安全隐患。因此，探测采空区成为地质勘

2、探的一个重要任务。而探测地下采空区的物探方法众多，各有优势，瞬变电磁法因为其施工方便，而对低阻异常能准确的定位，抗干扰能力强，探测成木较低2.方法原理瞬变电磁法是一种人工源的电磁法，具有较高的抗干扰能力和分辨率。工作时，首先给发射线框供一直流电流（图1）,然后突然切断电源，线框内的电流将发生一个突变，这种瞬态变化的电流将在空间产生一个瞬态的磁场，瞬态的磁场引起地下形成涡流，涡流随时间的推移不断向地下扩散，扩散的速度与地下岩层的电阻率有关，不同时间扩散到不同深度。我们通过记录地下涡流变化（即磁场变化率dB/dT）的情况来达到了解地下电阻率的目的。图1瞬变电磁法原理示意图近年来电磁法仪器趋向

3、于集成化，各种多功能电测系统，如加拿大PROTEM公司生产的PROTEM-47/57/67和美国zollge公司生产的GDP-32己占领国际市场和我国市场。近20年在加、澳、葡、西、俄、日等国，采用地面TEM或井中TEM法，相继发现了16个新矿床，取得了找矿的突破。1.采空区探测实例川西某煤矿经资源整合后，由于矿井范围内有老空区存在，在技改扩能建设过程中必须坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”原则，做好矿井防治水工作，确保矿井安全生产。根据该矿井下巷道实际情况，本次物探工作采用了加拿大GEONICS公司的PROTEM瞬变电磁仪，利用瞬变电磁勘探方法对地质体进行电性差异划分，进行

4、井下掘进工作面前方富水性及采空区填充物延伸情况探测。3.1地质概况区内矿产资源丰富，己知矿产有煤、铁、铅锌、铜、菱镁矿和花岗石等15个矿种，煤是区内主要矿种之一，产于三叠系上统须家河组，煤层分布广，层位稳、厚度小等特征。地层方面：区内出露地层，主要为上三叠统须家河组（T3xj）和第四系（Q）。构造方面:岩层走向总体呈北西〜南东，倾向北东，倾角ll°〜12°,矿区未见断层及次级摺皱，矿区地质构造简单。矿区老窑、采空区分布较广，老窑积水对矿坑充水有一定影响。经现场观测，矿山现开采区分布于中浅部，大多采空区已经冋填。3.2数据采集经现场试验确定工作方法和工作参数，本次探测采用2

5、m*2m多匝发射线框，使用目前最先进轻便的PROTEM-47发射机，并采用共轴偶极装置、8m收发距，采集数据。物探剖面布置于+1138m双龙煤层带区冋风巷掘进工作面。采用共轴偶极装置，收发距为8m，共采集5个测点的数据，每点间隔0.5m，具体布置见图2。图2物探剖面平面布置示意图此次工作严格按照规程、规范及相应的技术要求执行，工作配备的全部仪器设备均按照有关技术及精度要求，结合场地施工条件精心选用，K典型单点记录如图3所示。图3工区典型数据采集记录图图3为工区典型单点数据采集记录图，从图中可以看出，采集衰减曲线（红色曲线）平滑，各相邻测道之间无明显跳动。数据采集质量高，效果好，达到瞬变电

6、磁勘探数据质量要求。3.3数据处理流程勘探数据采用中科院地质与地球物理所开发的BETEM软件进行资料处理，所有资料全部由计算机运算、处理完成，经历了数据预处理、正演、反演和成图等多个过程。资料处理流程见图4。3.4资料解释图5为瞬变电磁剖面成果图，纵轴为深度；横轴为距离，负值表示巷道中心线以北（左帮），正值表示巷道中心线以南（右帮）；远坐标原点（0,0）为掘进工作面中心所在位置；纵轴0到-20m区域的数据受一次场干扰较大，为瞬变电磁盲区。图4瞬变电磁资料处理流程图从图5中可以看出，剖面中整体视电阻率随深度的增加而变大，按纵轴大致可分为三段（如两条虚线所划分）：第一段，深度21到75m,电

7、阻率全部低于50欧姆米，人部分低于25欧姆米，推断为采空疏松填充段与孔隙、裂隙含水带；第二段，深度75到105m,电阻率介于50至125欧姆米之间，推断为采空填充过渡及边界段；第三段，深度105到150m，电阻率相对较高，高于125欧姆米，推断为完整岩体或煤层。3.5地质解译1.探测区域为上三叠统须家河组（T3xj）地层，奋数层不透水的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，地下水多沿层面裂隙或构造裂隙涌出。通过井下观察，结合本次探测结果综合分析，