瞬变电磁法在探测浅埋煤层顶板富水性中应用和疏放治理

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1、瞬变电磁法在探测浅埋煤层顶板富水性中应用和疏放治理　　摘要：文章基于红柳林煤矿5-2煤采区生产受其顶板上覆延安组和直罗组风化岩水害威胁，以15205工作面顶板水文地质条件为工程背景，采用瞬变电磁法探测技术对该采面顶板主要含水层的富水性及含水构造进行探查，圈定了两处富水异常区，为下一步矿井防治水工作提供参考依据。关键词：瞬变电磁法；浅埋煤层；顶板；富水性；疏放治理中图分类号：TD745文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）22-0042-021概述6红柳林井田位于陕北侏罗纪煤田神北矿

2、区最南端，该井田煤炭资源量丰富，开采技术条件优越，煤质优良，是良好的气化、化工用煤，矿井设计生产能力为10Mt/年。5-2煤为红柳林矿主采煤层，根据该井田水文地质资料，5-2煤层顶板含水层总体上含水量较小，但在某些地段可能导水裂隙较发育，基岩顶界风化带及新生代沙层底部含水性也很不均匀，部分区段含水性较强，成为影响5-2煤工作面安全生产的重大隐患。另外，2010年5-2煤上层4-2煤边界探测成果中发现有明显低阻富水异常区分布，部分异常区得到验证，但低阻富水异常区有继续向西延伸的趋势，没有得到有效控制

3、。由于瞬变电磁法观测纯二次场，对富水区、含水构造等低阻体反应敏感，体积效应小、分辨率较高；虽然5-2煤探测目标层埋深较浅，但地表条件比较复杂，如沙层覆盖、沟壑纵横等不利于直流电法的数据采集，而瞬变电磁法的数据采集及后期资料处理和解释受地形因素影响较小；另外含煤地层为侏罗系地层，地质构造简单，沉积序列清晰，正常情况下电性特征在纵向与横向上都有不变的规律可循，能够获得较好的探测效果。所以针对5-2煤层顶板富水性、含水构造情况，选择分辨率较高的瞬变电磁法（TEM）探测技术对井田5-2煤15205工作面顶

4、板主要含水层的富水性及含水构造进行探查，为下一步矿井防治水工作提供参考依据。具体地质任务如下：（1）探查15205面上第四系富水区范围；（2）探查15205面上基岩富水区及含水构造；（3）探查15205面顶板含水构造，并对潜在突水通道作出预测；（4）用钻探验证15205面物探圈定的异常区，并对该面顶板上覆直接充水含水层进行预疏放，以降低工作面涌水强度，保障工作面安全回采。2瞬变电磁法探测技术6本次物探工作的目的与任务为探测5-2煤层15205工作面顶板富水性、含水构造等问题。因此选择对含水体等低阻

5、体敏感、分辨率较高的瞬变电磁法（TEM）。2.1瞬变电磁法工作原理瞬变电磁法，简称TEM，是一种建立在电磁感应原理基础上的时间域人工激发源电磁感应类探测方法。其原理是利用不接地回线向地下发射脉冲式一次电磁场，根据法拉第电磁感应定律，脉冲电磁波结束以后，大地或探测目标体在激发场的作用下，其内部会产生的涡流，用线圈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，通过利用专门仪器观测这种涡流产生的电磁场（称为“二次场”）随着时间而变化的规律来解决有关地质问题的时间域电磁法（脉冲场源）。

6、一般来说，探测目标的几何规模越大、埋藏越浅、导电性越好则二次场的信号越强、持续时间越长，反之，探测目标的几何规模越小、埋藏越深、导电性越差则二次场的信号越弱、持续时间越短。通过观测和研究“二次场”的空间分布特性和时间特性，可以推测解译地层或地质目标体的几何和物性特征。2.2瞬变电磁法的特点瞬变电磁法和其他物探方法相比具有许多优势和特点：（1）该方法观测和研究的是“二次场”即纯异常场，不6存在一次场的背景干扰，有异于常规电法，观测综合场的工作方法，使异常简化；（2）穿透高阻覆盖层的能力较强，优于传导

7、类电法探测；（3）可采用同点组合装置进行观测，与探测目标达到最佳耦合，取得异常响应强，形态简单；（4）地形影响小，测量简单，工作效率高。2010年上半年和2011年曾经在红柳林矿东翼5-2煤火烧区边界和4-2煤火烧区边界进行过类似任务的探测工作，取得了良好的探测效果。3现场探测实例分析红柳林煤矿5-2煤15205工作面位于南一盘区5-2煤辅运大巷北侧，西侧为实体煤，东侧为15204工作面，南侧为采矿边界。工作面实际开采走向长度3033m，采长350m。15205面顶板岩性以细粒砂岩为主，局部为粉砂

8、岩、中粒砂岩，厚度1.6～32.0m，偶见薄层泥岩、炭质泥岩伪顶。煤层底板岩性以粉砂岩为主，细粒砂岩次之，厚度0.65～14.75m，偶见薄层泥岩、砂质泥岩底板。15205工作面受水害威胁最大的顶板松散层水及基岩风化带水，在回采阶段，顶板一旦垮落后将使直罗组风化基岩水、第四系砂层水全部涌入到工作面内，易造成工作面水害事故的发生，因此必须对这两种水体采取必要的防治水措施，否则将会对15205工作面回采造成一定威胁。4疏放工程及钻孔验证6本次15205工作面探放水工程以保障工作面安全回