基于高密度电阻率法与瞬变电磁法的烧变岩层富水区探测.pdf

露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.5Oct.2023第 38 卷第 5 期2023 年 10 月将军戈壁二号露天煤矿位于准噶尔盆地东南，预计圆园圆源年北帮地表开采至矿区西侧烧变岩富水区域，首采开挖后烧变岩水会顺势流入矿坑，引发边坡失稳等开采隐患1-3。以电阻率差异为勘探基础的电法勘探方法一般可以对烧变岩富水区取得较好的探测效果；这是因为岩体在烧变后孔洞裂隙发育，在不富水时电阻率明显增高；在富水时电阻率则显著降低。为了保证矿区西帮首采的安全生产，以电阻率差异为基础的高密度电阻率法与瞬变电磁法圆种地球物理方法被应用于勘查工作中。瞬变电磁法勘探深度大，高密度电阻率法则对浅部地层分辨率更高；圆种方法互为补充，相互验证，有效识别了研究区内烧变岩富水区分布状况4。员研究区概况研究区位于将军戈壁二号露天煤矿西部，该区域为烧变岩与正常地层过渡带。研究区内地层由老到新主要为三叠系、侏罗系、第四系。地表出露地层包括：淤第四系覆盖：主要分布在区域内的低洼地带，一般可分为洪冲积层、季节性洪水滞留层，主要由淤泥、砂土、砂质黏土构成；于侏罗系中上统石树沟群：在区内大面积出露，主要岩性为砂岩、泥岩、粉砂岩，与下伏西山窑呈平行不整合接触；盂在北部边缘、西部边缘及东南部边缘有侏罗系中统西山窑收稿日期：2023原02-22责任编辑：张夙作者简介：代飞龙（1991），男，辽宁阜新人，工程师，本科，2014 年毕业于辽宁工程技术大学，从事露天煤矿生产技术方面的工作。DOI:10.13235/ki.ltcm.2023.05.010代飞龙，郭恒，王海博.基于高密度电阻率法与瞬变电磁法的烧变岩层富水区探测 J.露天采矿技术，2023，38（5）：40原43.DAI Feilong，GUO Heng，WANG Haibo.Detection of burnt rock water based on electrical resistivitytomography and transient electromagnetic 允.Opencast Mining Technology,2023,38（5）:40原43.移动扫码阅读基于高密度电阻率法与瞬变电磁法的烧变岩层富水区探测代飞龙1，郭恒2，王海博2（1.新疆天池能源有限责任公司，新疆 昌吉 831100；2.中煤科工集团西安研究院（集团）有限公司，陕西 西安 710077）摘要：将军戈壁二号露天煤矿西部烧变岩发育情况复杂，为了深入了解烧变岩富水区发育情况，采用高密度电阻率法、瞬变电磁法在面积约7.5 km2的研究区开展了扫面勘探工作；通过数据处理，分析了2种方法在研究区内烧变岩富水区的电性异常。结果表明：2种方法在B5煤层的低阻异常区域均显示了烧变岩的富水性。关键词：烧变岩；富水区探测；瞬变电磁法；高密度电阻率法中图分类号：TD613文献标志码：B文章编号：1671-9816（2023）05-0040-04Detection of burnt rock water based on electrical resistivity tomography and transient electromagneticDAI Feilong1，GUO Heng2，WANG Haibo2（1.Xinjiang Tianchi Energy Co.,Ltd.,Changji 831100,China;2.China Coal Technical and Engineering GroupXi忆an Research Institute（Group）Co.,Ltd.,Xi忆an 710077,China）Abstract:The development of burned rock in the west of Jiangjun Gobi No.2 Open-pit Coal mine is complicated.In order tofurther understand the development of water-rich area of burned rock,we adopt the electrical resistivity tomography method andtransient electromagnetic method to carry out scanning exploration in the research area of about 7.5 km2.Through data processing,the article analyzes the electrical anomalies of the water-rich area of the burned rock in the study area by the two methods.Theresults show that the two methods both show the water-rich area of the burned rock in the low-resistivity abnormal area of B5coalseam.Key words:burnt rock;detection of water-rich area;transient electromagnetic method;electrical resistivity tomography40露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.5Oct.2023第 38 卷第 5 期2023 年 10 月该测线位于高密度电法勘察区域北侧，走向为西原东走向，测线全长圆 员怨园 皂，对应地表地形整体平坦。该断面图反映了标高垣猿愿园耀垣缘愿园 皂之间地层电性的分布特征，测线的断面覆盖了火烧区及正常地层。其中测线里程缘园园耀员 怨园园 皂为烧变岩区域内的电性特征，火烧区内，正常地层的“低阻耀高阻”特征图 1高密度电阻率法 源远 线反演电阻率断面图组、下统三工河组出露，岩性为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩。侏罗系西山窑组为本区内的含煤地层，矿田内控制西山窑组编号煤层苑层，从上至下编号为月苑、月缘、月猿、月圆、月圆 下、月员 上、月员，其中可采主要煤层为月缘、月猿、月圆煤层，月缘煤层为结构较简单的大部可采的稳定薄原巨厚煤层，埋深一般为源园耀苑园 皂，月猿、月圆煤层为结构简单、较简单全区可采的稳定薄原巨厚煤层。埋深一般怨园耀员猿园 皂。月缘煤烧变岩富水性是本次研究的重点。矿田地表无常年水流，也无泉水点。水流多为夏季降雨或偶降暴雨形成的暂时性水流，使矿田内形成多处淤积泥板地（俗称白板地）。矿田内主要划分缘个含（隔）水层（段）：淤第四系透水不含水层；于侏罗系中-上统石树沟群裂隙孔隙弱承压含水层；盂侏罗系中统西山窑组裂隙孔隙弱承压含水层，小面积出露于矿田北部边缘、西部边缘；榆下侏罗统三工河组相对隔水层；虞烧变岩裂隙潜水弱含水层。圆地球物理方法原理及方案圆援员高密度电阻率法高密度电阻率法（耘造藻糟贼则蚤糟葬造 则藻泽蚤泽贼蚤增蚤贼赠 贼燥皂燥早则葬责澡赠），简称耘砸栽，通过观测和研究人工建立的稳定电场在地面的分布来获取目标体的电性信息。基本原理与传统电阻率法一致，即通过员组供电电极向地下供入电流陨，通过员组测量电极测得电位差哉，由此得到，电流有效作用范围内的岩土体的总体电阻率籽，（视电阻率籽）籽越运哉/陨，运为与电极排列相关的装置系数。高密度电阻率法与传统电阻率法的差异在于其通过将全部电极置于测线上，使用程控电极转换开关与电脑控制实现了数据的快速、自动采集5-6。本次勘探区面积为苑援缘 噪皂圆，共设计高密度电阻率法测线远苑条，测网密度为愿园 皂伊员园 皂，即：线距愿园 皂，电极距员园 皂。所有测线均采用温纳装置采集。所有测线数据采集完成后，对视电阻率数据进行去除飞点、滤波等预处理。然后采用砸藻泽圆凿蚤灶增软件对视电阻率数据进行平滑约束反演。圆援圆瞬变电磁法瞬变电磁法（栽则葬灶泽蚤藻灶贼 藻造藻糟贼则燥皂葬早灶藻贼蚤糟 皂藻贼澡燥凿泽），简称栽耘酝，属于电磁感应类探测方法，工作原理为利用员个不接地的回线或磁偶极子（也可以用接地线源电偶极子）向地下发射静磁场作为激发场源（习惯上称为“一次场”），在一次场间歇期间观测感应二次场。根据法拉第电磁感应定律，静磁场结束以后，大地及探测目标体在一次场的作用下，内部产生感生的涡流，这种涡流有空间特性和时间特性，涡流强度与诸多因素有关，如目标体的空间特征、电性特征及激发场的特征等，而且因为热损耗的缘故会逐渐减弱直至消失。利用专门仪器观测这种涡流产生的电磁场（称为“二次场”）的强弱、空间和时间分布特征，从中提取目标体的电性信息并加以综合分析，从而达到解决地质问题的目的7-9。本次研究设计瞬变电磁法测网密度为源园 皂伊圆园皂，即：线距源园 皂，点距圆园 皂，坐标点共计怨 缘源苑个。数据采集根据现场试验工作采用中心回线装置、发射电流不小于员缘 粤、发射线框边长为圆源园 皂、收发频率为圆缘 匀扎时。实测所采集的数据满足信噪比要求，电阻率变化特征真实反映了地下地质情况。瞬变电磁法野外观测的主要参数为采样时间、发射电流、归一化感应电动势等。数据处理主要进行了数据预处理（数据编录、质量检查、不合格数据剔除）、数据滤波、视电阻率视深度参数转换、地形校正处理、定量的反演计算。猿烧变岩富水区勘探结果猿援员高密度电阻率法典型断面成果高密度电阻率法源远线反演电阻率断面图如图1。41露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.5Oct.2023第 38 卷第 5 期2023 年 10 月异常的平面分布主要集中在区域粤和区域月。该圆处区域中，圆种方法均在月缘煤段表现为明显低阻区，异常区位置整体较吻合。其中高密度电阻率法、瞬变电磁法在该区域内清晰地显示了水位以上烧变岩与水位以下烧变岩的强电阻率差异。指示了烧变岩孔洞裂隙极为发育（水位以上电阻率极高，正常值员园园倍左右），水位以下的烧变岩区显然富水性极好，导致电阻率迅速降低。2种方法在该区域内体现为明显的低阻异常，异常深度大。综合圆种方法异常对应情况，结合已有钻孔资该测线位于研究区中部，断面长度员 猿源园 皂，地表高程变化较平缓，自小号点向大号点有稍微减小的趋势，最大高程差约圆圆 皂。断面图在纵向上电性层分布与实际地层电性分布特征一致，横向上反映了实际地层产状。根据钻孔资料和磁法勘探成果，该测线愿耀源怨点之间存在火烧地层，主要火烧煤层包括月缘、月猿、月圆煤。从反演电阻率断面图中可以看到，在目标煤层附近圆怨耀远源点之间的电性整体表现为相对低阻，各煤层存在差异，其中圆怨耀源怨点之间推测为火烧区富水，源怨耀远源点之间推测为西山窑组各煤层的顶板砂岩含水层富水。猿援猿综合成果分析提取月缘、月猿、月圆煤层对应的高密度电阻率法和瞬变电磁法的反演电阻率值，绘制反演电阻率平面切片图13，高密度电阻率法、瞬变电磁法平面异常对应如图3。图 2瞬变电磁法 苑园 线反演电阻率断面图丢失，横向明显错断，地电结构相对更加复杂10-12。在烧变岩区域内，地表至地下4050 m出现了明显的高电阻率特征，该高电阻率区域底板位置基本对应地下潜水面埋深。结合地质资料分析可知，在烧变程度较强的区域，水位以上烧变岩体表现明显的高电阻率特征；水位以下体现为明显的低阻特征。里程员 缘园园耀员 怨园园 皂，从地表至含煤地层的电性结构均体现为低阻特征，推断是烧变岩内富水性较强所导致。猿援圆瞬变电磁法典型断面成果分析瞬变电磁法苑园线反演电阻率断面图如图2。图 3高密度电阻率法、瞬变电磁法平面异常对应42露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.5Oct.2023第 38 卷第 5 期2023 年 10 月图 4物探推断 月缘 煤富水区分布图料，推断划分了月缘煤相对强富水区即弱富水区分布。物探推断月缘煤富水区分布图如图4。由图4，根据统计结果，推断月缘煤相对强富水区为总面积为源园苑 源远苑援缘员苑 远 皂圆，月缘煤相对弱富水区总面积猿园猿 愿缘苑援怨缘愿 猿 皂圆。源结语高密度电阻率法与瞬变电磁法圆种地球物理方法被应用于将军戈壁二号露天煤矿西部烧变岩富水区勘查工作中，圆种方法有效识别了烧变岩富水区的电性异常。勘查结果，发现了研究区内存在圆处烧变岩富水区，并依据物探结果划分了富水区边界。参考文献：员 代飞龙，于江浩援将军戈壁二号露天煤矿烧变岩层富水性研究 允 援露天采矿技术，圆园圆圆，猿苑（缘）：员员原员源援圆 孙进步，汪正果援 将军戈壁二号露天煤矿边坡稳定性研究及防治措施 允 援煤炭与化工，圆园圆园，源猿（员）：员园员原员园源援猿 张春锋，付钟，张德孝，等援 将军戈壁二号露天煤矿采场北帮烧变岩水治理方案 允 援露天采矿技术，圆园员远，猿员（缘）：源原苑援源 李明星援塔里木盆地北缘侏罗系烧变岩富水性精细探测 允 援煤矿开采，圆园员愿，圆猿（缘）：员缘原员苑援缘 王益援综合物探技术在煤矿烧变岩富水区探测中的应用 允 援西部探矿工程，圆园员远，圆愿（员园）：员员怨原员圆员援远 周桃生援超级高密度电法在新疆某矿区富水性评价应用研究 允 援中国锰业，圆园员怨，猿苑（源）：员园园原员园猿援苑刘爱兄援 瞬变电磁地球物理勘探在露天矿采空区探测中的应用 允 援露天采矿技术，圆园圆园，猿缘（缘）：远缘原远愿援愿 王俊，刘博文，韩进，等援瞬变电磁探测技术在露天煤矿采空区中的应用研究 允 援煤炭技术，圆园员缘，猿源（远）：员员远原员员愿援怨 徐开宇，李浩荡援 基于瞬变电磁法的露天煤矿开采界内小窑采空区探测技术 允 援煤矿安全，圆园员猿，源源（苑）：怨缘原怨苑援员园 李惠发援 高密度电阻率法在抚顺西露天矿勘探旧巷和采空冒落区中的应用 允 援露天采矿技术，圆园员圆（杂圆）：源员原源猿援员员 郑开慧，段晓磊，张永贵，等援基于高密度电阻率测量法的魏家峁露天矿出水边坡的治理 允 援露天采矿技术，圆园圆圆，猿苑（员）：圆源原圆苑援员圆 刘爱兄援 高密度电阻率法在露天煤矿采空区探测中的应用 允 援露天采矿技术，圆园员猿（愿）：圆苑原猿园援员猿 葛栋锋，雷国明，魏奎援新疆准东煤田将军戈壁侏罗系西山窑组沉积相及聚煤规律研究 允 援内蒙古石油化工，圆园员缘，源员（员远）：圆园原圆猿援43