综合物探方法在煤矿地质灾害中探究应用

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1、综合物探方法在煤矿地质灾害中探究应用该文概述了煤矿地质灾害常出现的问题及其勘探方法。煤矿地质灾害复杂多样，在煤炭开采过程中，矿井构造（断层）、陷落柱、含水层（体）等异常体是不可忽视的灾害性地质异常体，给煤矿的安全生产带来威胁。运用瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法、三维地震勘探等综合物探技术能够在煤矿防治水中起到重要作用，能够较准确地探测煤矿陷落柱、采空区和采区小构造等地质异常体，为煤矿安全生产提供较可靠的地质资料。煤矿地质灾害；地质异常体；防治水；综合物探近年来，我国煤矿连续发生重特大灾害事故的惨痛教训表明，安全是煤炭工业和煤炭企业发展的前提和保证。但是随着煤炭开采深度的加大，煤

2、矿地质、水文、构造和煤层赋存状况等问题给矿井生产带来的地质灾害日益突出。矿井地质灾害复杂多样，在煤炭开采过程中，煤层构造（断层）、陷落柱、含水层（体）、异常体（火成岩、煤层顶底板岩性等）是不可忽视的灾害性地质异常体。运用综合物探方法防治煤矿地质灾害与地质风险的优势明显，高分辨率三维地震勘探、电法勘探等综合物探技术以其独具的信息量大、分辨率高、控制网度密等优点，使得较准确地探测小规模构造、断层、陷落柱、含水体等地质异常体成为可能。1.煤矿地质灾害中几种常见的问题A.含煤地层的构造水和断层导水在横向上，沉积地层的电性正常情况下是均一的或变化不大，覆盖层、煤系地层及下伏奥灰岩层沉积序列

3、清晰、稳定；纵向上视电阻率依次增高，而横向上电性差异较小。当存在富水性的断层构造或其它良导电地质体时（比如断层破碎带富水，灰岩内冲水溶洞、裂隙、陷落柱等），都将打破地层电性在横向上的均匀性和纵向上的正常递变规律，为使用电磁法探测富水地质体提供了条件。b陷落柱问题一般认为，煤田陷落柱的形成与奥灰岩溶裂隙有关，由于岩溶裂隙的发育和扩大，周围地层受重力作用二塌落下沉，因此，陷落柱内部充填物常常成分复杂，比较松散，正常的地层沉积岩层序被打乱，陷落柱与煤层的接触边界两侧存在着明显的密度、速度、电性、放射性等物性差异。由于陷落柱大小不等，孤立出现，规律性差等特点，采用地球物理勘察是较为经济合

4、理的手段。（见图1）图1陷落柱在视电阻率等值线拟断面图上的反应C.煤矿采空区问题当地下煤体局部被采出后，在岩体内形成一个有一定规模的空间，使周围的应力平衡状态遭受破坏，产生局部的应力集中，采空区顶板在上覆岩层压力的作用下，发生变形、断裂、位移、冒落，形成一个高阻电性体与围岩电性形成较明显的差异。在地下水的充填及地表水沿裂缝向采空区渗漏时，其电阻率将明显发生变化，形成一个低阻电性体，也与围岩电性形成较明显的差异。煤层顶板以砂岩为主，电阻率较低，一般为10〜50.m,而煤层电阻率较高，一般为100~500.ni。在地层没有被破坏的情况下，地层电阻率由低到高规律性变化。充水的采空区具有

5、低阻、高极化率的电性特征。这种情况下采空区的判识标志比较明显；当采空区不充水时，由于空腔的存在而出现高阻特征。这样就为电磁勘查采空区破坏区提供了前提条件。2.矿井地质灾害与风险的勘探方法A.采空区含水（陷落柱）勘探方法为了分析TEM探测地下煤矿采空区、陷落柱等异常地质体的能力，分析煤矿地下异常体的电磁响应，根据煤矿采空区的特征进行了数值模拟计算工作。根据煤矿的实际情况，设计了采空区高阻和低阻模型。假设情形为两层采空区均为高阻，上层采空区为高阻、下层采空区为低阻，两层采空区均为低阻，上层采空区为低阻、下层采空区为高阻，依次进行试验，图3、图4为两层采空区均为高阻的试验情形：模型1：

6、该地层分五层，第一层厚度为120m,电阻率为75・m,第二层是煤层，厚度为5m,电阻率为400・m,煤层中间夹不充水采空区，厚度为5m,电阻率为2000•m,第三层厚度为50m,电阻率为90・m,第四层是煤层，厚度为5m,电阻率为400・m,煤层中间夹不充水采空区，厚度为5m,电阻率为2000•m,第五层电阻率为150•mo通过模型与计算结果的对比，对于两层采空区均为高阻的情况，电压多测道曲线从第四道开始就有异常显示，表现为曲线下凹，表明由于局部高阻体的存在，使得电压衰减加快。电阻率断面也有局部高阻异常显示。当上层采空区为高阻，下层采空区为低阻时，第一层厚度为120m,电阻率为7

7、5・m,第二层是煤层，厚度为5m,电阻率为400・ni,煤层中间夹不充水采空区，厚度为5m,电阻率为2000・m,第三层厚度为50m,电阻率为90・m,第四层是煤层，厚度为5m,电阻率为400・m,煤层中间夹充水采空区，厚度为5m,电阻率为5・ni,第五层电阻率为150•m。对于单层充水采空区，多测道曲线异常表现明显，电阻率断面图低阻异常明显，说明一高一低两层采空区的情况下，低阻异常要比高阻的明显，而且低阻异常范围比低阻体大。当采空区均为低阻时，第一层厚度为120m,电阻率为75