【瞬变电磁法和激发极化法在张端煤业地质补勘中的应用】瞬变

　　霍煤集团张端煤业有限公司是一座资源整合矿井，井田面积6.4 km2，井田范围内及周边分布有许多小煤窑，根据以往钻探资料及小煤窑采掘情况，存在构造格局、含导水情况不详，小窑采空区分布及采空区积水范围不明等突出问题，对矿井初步设计造成很大的困难，对矿井的安全生产造成极大的隐患。为此我们选择了地面瞬变电磁、激发极化法勘查工作，以便详细地查明该区的构造发育情况、断层导水性以及采空区的分布及采空区积水范围。
　　一、勘探原理
　　瞬变电磁法是基于电性差异,利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲电磁场,利用线圈或接地电极观测二次涡流磁场或电场的方法。主为用于寻找低阻目标物,研究浅成至中深层地电结构。激发极化法是以岩(矿)石、水的激发极化效应的差异为物性前提,用人工地下直流电流激发,以某种极距的装置形式,研究地下横、纵向激发极化效应的变化,以查明矿产资源和有关地质问题的方法。
　　二、原始数据采集
　　首先经过实地踏勘，采用大测网（250m×20m）布置测线14条，经过选点放样工作，采用具有较强的抗干扰能力和较大的勘探深度IGGETEM-20B型瞬变电磁系统，完成测点1214个（其中检查观测点47个，占总观测点的4.0%）。为确保数据的采集质量，在干扰源附近增加了数据叠加次数，并进行了实时监控，对存在畸变的观测点追加观测次数。从而定性地为推断断层的落差、空间位置及其含水性，了解测线下方2#煤层中大致的采空区分布范围提供了依据。
　　在此基础上，再通过瞬变电磁法在重点区域实施加密观测，同时，为了减少瞬变电磁方法的多解性，使用WDJD-1型多功能数字直流激电仪，完成激发极化法测深点30个与之进行对比，相互验证、相互补充，去伪存真，准确判断，为矿井水害预防与治理提供较可靠的探测资料。
　　三、数据处理
　　野外实测的物性资料，对于瞬变电磁数据，采用IGGETEM-20B型瞬变电磁系统处理流程及国土资源部物化探研究所研制的瞬变电磁工作站处理系统，主要步骤如下：①原始数据的录入；②一次数据处理:包括数据编辑，数据滤波、圆滑处理；③二次数据处理：建立正、反演文件，磁源初步反演、磁源正、反演等；④生成绘制图件的数据文件，并采用Grapher和surfer绘图软件绘制各测线的多测道电压剖面图、视电阻率拟断面图和视电阻率平面等值线图。
　　对于直流激电测深数据的处理分为四个部分：①原始数据的录入；②数据格式转换；③数据经过编辑、归一化、地形校正及均滑处理后绘制成激电测深曲线图和视电阻率拟断面图。
　　四、数据资料的解释
　　瞬变电磁法勘探资料的解释，由于第一阶段勘探网度比较大，以单测线瞬变电磁法多测道电压剖面图和视电阻率拟断面图为主，同时考虑了实际地质情况及各种干扰因素进行综合分析解释；第二阶段以单测线瞬变电磁法多测道电压剖面图、视电阻率拟断面图和视电阻率平面等值线图为主，同时考虑了实际地质情况及各种干扰因素，结合直流激电测深进行综合分析解释。
　　采空区的解释：测区内2#煤层已大面积采空，在2#煤层底板所在标高位置视电阻率存在着横向不连续，且有较大差异，低者仅为30Ω•ｍ，高者达90Ω•ｍ以上，反映出测区内局部采空，且采空区有些区域未赋水（桩号1460～1660m），有些区域已赋水（桩号900～1200m）。
　　4、基本查明了2#、9#+10#、11#煤层的采空区与赋水情况。其中， 2#煤层已大面积采空，且部分采空区含水或受断裂破碎带影响局部赋水，存在5处含水量较大的富水区和6处含水量不大的赋水区； 9#+10#、11#煤层整体赋存较完整，仅局部位置出现采空，但局部地层受断层影响存在3处含水量较大的富水区和6处含水量不大的赋水区。
　　5、经济效益分析
　　瞬变电磁与激电测深物探，比钻探投入少，获得的地质信息多。利用常规钻探极限布孔，1km2 布孔9个，尚需要布置常规钻孔26个，每孔资金70万元，钻探成本为1820万元，工期24个月。采用高分辨物探技术，勘探成本为150万元，工期3个月。通过比较，物探技术可节省资金1670万元，节省工期21个月。即使利用常规钻探极限布孔，对煤层的赋存状况、构造的控制程度也很难达到物探的勘探成果。
　　6、建议
　　本次电法资料反映的是水的静态特性，在巷道掘进或煤层开采时，必须考虑顶板冒落、底板破碎等扩大原有裂隙通道或增加新导水通道的可能性。此外，还应考虑到地表降水不断补给采空区造成采空区积水量继续增大可能性。为保证井下采掘生产的安全，建议加强采掘前的综合物探工作，实施“物探先行，钻探验证”的勘探程序，随时观察记录水文地质条件变化情况，以便实施针对性更强和更有效的防治水技术措施。
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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