关键词：综合物探；煤矿积水；采空区勘察；应用
引言
在煤矿水害中，积水采空区的危险最为严重。目前，我国煤炭资源历经多年的开采，浅部煤炭资源枯竭，煤炭生产逐渐转向深层开采。然而上部煤层开采过后形成的采空区一般都含有不同程度的积水，对实际开采带来了很大的安全隐患，而小煤窑胡乱开采所遗留下来的未知采空区更有可能带来致命威胁，因此及时查清煤矿采区范围内各采空区的积水情况有利于及时治理、排出安全隐患，便于保障煤矿安全生产和井下工作人员的人身安全。
1探测方法原理及特点
1.1瞬变电磁法工作原理
瞬变电磁法是一种通过电磁感应原理的时间与人工源电磁探测方式，具有数据采集工作量小、测量设备轻便、工作效率高、成本低等优点。瞬变电磁法(简称TEM)是近几年发展并推广起来的一种新方法，它利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场。在一次脉冲场间歇期间利用回线或电偶极接收感应二次场的时间和空间分布，从而来解决有关地质问题的时间域电磁法。该方法的优点:①观测纯二次场，消除了频域方法中的主要噪声源—装置耦合噪声;②测量方法便捷简单，更适合勘探工作的需要;③在高阻围岩条件下，没有地形引起的假异常;④勘探的测地工作要求简单，工效高;⑤可使用发送与接收回线中心同点的装置工作，使与欲探测的地质体达到最佳的耦合，所得到的异常幅度大、形态简单及受旁侧影响小，提高了对地质体的横向分辨能力。本次瞬变电磁法勘探选用的仪器为GDP-32II多功能电法仪，仪器的主要性能参数：
最大供电电流/A 30
增益/倍22～23
采样道数22
动态范围/dB 190
输出电压/V 250
接收频率/Hz 0.062 5～32
由于目的层埋深变化较大，所以本次勘探选用大定源内回线装置。正式施工前在已知地段进行仪器稳定性试验、发送线框边长试验、发射频率试验，从而确定工作参数和方法有效性，最终确定本次勘探布设发射线框尺寸为360 m×480 m，供电频率16 Hz，发射电流13 A。采用框内测量的方法，施工测线网度40 m×20 m，即点距20 m，线距40 m。将野外采集得到的数据进行整理，利用瞬变电磁法反演软件把原始数据转化为视电阻率、视深度等参数，从而绘制得到各测线视电阻率断面图，290线瞬变电磁式电阻率拟断面图视电阻率断面图可以直观地体现某条测线下方地层在纵向上视电阻率的变化情况，纵向上视电阻率整体由低到高变化，与实际地层的电性分布情况相吻合。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但是在4#煤层和6#煤层位置，点号位于1 310～1 490、1 590～1 990、2 470～2 630期间、标高大致为700～820 m的区域呈现出明显的低阻反应，视电阻率值低于30Ω·m,推断为煤层采空区积水的反映；在点号位于2 250～2 380期间、标高大致为800~880 m的区域电阻率略有偏高，推断其为疑似采空区的反映；测线的其他地段视电阻率等值线变化较小，不存在明显的异常反映。视电阻率顺层切片图将不同测线、不同测点在某一固定层位的视电阻率数据整合为一体，可以清晰地反映出勘探区内某一水平层位的视电阻率值。勘探区的西南角及东南角，电阻率10～20Ω·m，表明此处为采空积水区；分布于勘探区的东南、西南以及北部区域，电阻率为30～40Ω·m，推断此处为较弱的采空积水区；勘探区的西北部区域，电阻率120～150Ω·m，推断此处为采空区。
1.2三维地震勘探
在瞬变电磁法勘探施工结束之后，然后对工区实施三维地震勘探。三维地震勘探探测采空区的技术原理：不同煤层采空区的地质特征对应不同的地震反射波特征。通过炸药形成地震波，地震波通过不同采空区时的波阻抗有变化，通过地面接收装置收集反射波的信息并进行处理，从而达到分析采空区范围的目的。本次三维地震勘探采用12线10炮制规则观测系统，1 080道接收，道距选择为10 m，CDP网格10 m（横）×5 m（纵），根据线束方向垂直地层走向和主要构造走向的原则，选择线束为NE排列。使用的仪器为Aries2.66数字地震仪，前放增益12 dB，记录长度2 s，采样率0.5 ms。通过试验确定激发参数为①井深：山梁7 m以深为单井，钻至红土层2 m，7 m以浅为两井组合；山沟井深4 m；②药量：单井2 kg；组合孔为单孔1 kg。确定接受参数为自然频率10 Hz检波器，检波器串数：1串3个。工区地震数据处理在原始资料分析的基础上，使用野外静校正及地表一致性剩余静校正相结合的手段，来解决静校正问题。同时应用地表一致性振幅处理、反褶积串联处理技术，消除原始资料振幅、频率、相位的差别，改善子波同一性，提高纵向分辨率。从而使所得数据更为准确，成果解释更为合理。通过对地震数据处理经制图可得勘探区内采空区的基本分布情况，在采空区范围内地震波反射特征表现为连续性差，同相轴杂乱、相位突变，振幅能量变弱等特征，下组煤受其影响，相位延迟、振幅减弱等特征较为明显。已知采空区的剖面上，目的层同相轴在采空区边界发生分叉，反射波杂乱、相位下移等现象。该解释采空区范围基本为4#、6#煤层采空区的综合反映。
2综合分析
通过对以上2种勘探方法的准确实施，将2种勘探成果中瞬变电磁法所得的视电阻率断面图与三维地震勘探所得的采空区成果图相结合，绘制得煤层综合物探成果图，将瞬变电磁法勘探推断出的采空区、积水区、弱积水区与三维地震勘探推断出的采空区1、采空区2、采空区3进行对比分析可知，在综合勘探区内瞬变电磁勘探得到的JS4-1、RJS4-1、RJS4-5、RJS4-6、PH4-4的大部分区域与三维地震勘探得到的采空区1、采空区3区域吻合度较高，说明2种方法结合起到了相互印证的效果，即表明此类区域为积水采空区的可信度更高。而2种勘探结果不相吻合的部分，由于不能相互印证，所以对这部分采空区的划定应给予怀疑，同时结合地质资料、开采资料等进行进一步的分析。
结语
在深部更加复杂的地质条件、高地应力、强开采扰动等影响下，煤矿水害发生的频率和强度都有增加的趋势。由于综合物探技术具有较好的探测效果，在矿井水害防治中发挥着重要作用。综合物探技术在使用过程中，要针对具体的开采条件使用不同的物探技术，对于地质条件复杂、容易发生突水的矿井，在掘进和开采过程中应尽可能采用综合物探的探测方法，保证矿井的安全生产。
参考文献
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［2］张江燕，张义平，肖川.基于综合瞬变电磁法的采空区探测技术应用［J］.煤炭技术，2014,33（4）:71-73.
［3］郑金红，张小燕.三维地震勘探技术在采空区探测中的应用［J］.煤炭技术，2017,36（7）：137-139.
论文作者:郇小婉
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年2期
论文发表时间:2020/3/16
标签：采空区论文; 电阻率论文; 积水论文; 电磁论文; 物探论文; 煤层论文; 水害论文; 《工程管理前沿》2020年2期论文;