地面高密度电法探测技术在煤矿隐伏构造探测中的应用.pdf
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1、第 卷第 期煤炭科技 年 月 收稿日期:;:作者简介:贾继平(),男,陕西铜川人,注册安全工程师,年毕业于西安科技大学采矿工程专业,现从事地测防治水技术管理工作。引用格式:贾继平,杨惟博,高竊 地面高密度电法探测技术在煤矿隐伏构造探测中的应用 煤炭科技,():,():文章编号:()地面高密度电法探测技术在煤矿隐伏构造探测中的应用贾继平,杨惟博,高竊(陕西陕煤黄陵矿业有限公司,陕西 延安 ;陕西双龙煤业开发有限责任公司,陕西 延安 )摘要:双龙煤矿 综采工作面地表水体下开采,保证工作面安全开采是亟待解决的问题。其上覆岩层中是否存在古河道以及古河道的发育特征情况,必须在工作面回采前探测清楚,并采取
2、必要的防治措施。地面高密度电法是近些年新兴的一种新型阵列勘探方法,具有采样密度高、一次性测量、高分辩率、高精度、信息丰富,解释方便等特点,已广泛应用于煤矿地质勘探及地质构造超前探测中,可有效探测矿井空间中的各种地质异常体,为煤矿提供相应的地质技术保障。以探测 工作面上覆地层古河道为例,介绍了高密度电法工作原理和工作方法,详述了高密度电法探测技术在矿井隐伏构造探测中的应用,为矿井安全开采提供了可靠的勘探成果。关键词:地面高密度电法;隐伏构造;古河道;防治水中图分类号:文献标志码:,(,;,):,:;:年第 期煤炭科技第 卷陕西双龙煤业开发有限责任公司为黄陵矿业集团有限责任公司的下属煤矿(以下简称
3、双龙煤矿),核定生产能力 万 。区内地表水系发育,矿井地表最大河流为沮水河,并分布有双龙西沟、北沟和王村沟等多个沮河支流,其中王村沟流经规划开采的 综采工作面地表,综采工作面开采一旦波及到上述水体,势必会影响矿井的安全生产。根据双龙煤矿区域水文地质情况,工作面地层中可能存在古河道冲刷带,导致 综采工作面回采过程中,地表水通过古河道冲刷带进入工作面,对 综采工作面的安全回采造成严重威胁。基于此,针对 工作面上覆岩层中是否存在古河道进行勘察。采用地面高密度电法,结合水文地质条件,通过综合分析、反演排除干扰项等手段,对 综采工作面上覆地层中存在的异常情况进行分析判别,并推断可能存在的古河道冲刷带位置
4、,为防治措施和安全开采提供可靠资料。高密度电法原理电阻率法(电法)勘探是地球物理勘探中的重要方法之一,是以岩土体的电性差异为物理基础,通过观测分析电场分布变化规律来解决地质问题的一种地球物理勘探方法 。电阻率是表征物质导电性的基本参数,表征电流垂直通过某种物质组成的边长为 的立方体时而呈现的电阻 。常规电阻率法的原理为,假设待测区域内大地电阻率是均匀的,对于测量均匀大地电阻率数值,原则上可以采用任意形式的电极排列来进行,即在地表任意两点(,)供电,然后在任意两点(,)来测量其间的电位差,可求出、两点的电位:()()()显然,在 间所产生的电位差:()()可得均匀大地视电阻率的计算公式为:()式
5、中,。电法勘探的常用装置如图 所示。图 电阻率法勘探常用装置 高密度电阻率层析成像(又称电阻率 技术)是以静电场理论为基础,以探测目标体的电性差异为前提,采用新型阵列勘探方法 ,是一种融合了电测深和电剖面的勘探方法。高密度电阻率层析成像(技术)方法是先在测线上保持电极之间的距离,同时移动、逐点观察,全部电极测量一次后,再将电极之间的距离加大,然后再逐点观察;如此反复,直到电极之间的距离达到最大为止 。成图后形成倒梯形的断面,既能看出垂直的变化,又能看出水平的变化,即显示的数据为二位数据。高密度电法工作如图 所示。图 高密度电法工作示意 年第 期贾继平,等:地面高密度电法探测技术在煤矿隐伏构造探
6、测中的应用第 卷 研究区域研究区域为双龙煤矿 综采工作面范围内,工作面对应地表处于深山沟壑地区,地表森林植被覆盖,无建筑物,王村沟河(沮水河分支)从工作面上方自北向南流经,为常年性沟流,宽约 ,深 ,枯水期正常流量为 ,丰水期雨季最大水流量可达 以上;王村沟河地面标高 ,河道处第四系黄土厚度 。工作面面宽 ,可采长度 ;主采号煤层,煤层埋深 ,标高 ;煤层厚度 ,平均厚度 ,倾角约为 。工作面上覆地层分别为第四系全新统、侏罗系中统直罗组,侏罗系中统延安组,综采工作面地质三维图如图 所示。图 综采工作面地质三维 工作面上覆岩层中侏罗系中统直罗组上段隔水层发育完整,有效阻隔了地表水和第四系水进入下
7、伏含水层中。如果该隔水层中发育有古河道冲刷带,则上覆地表水和第四系水通过古河道冲刷带进入与下伏含水层沟通,对 工作面安全回采造成威胁。古河道最主要的特点是以卵石或粗砂层为底,与河床相沉积,向上过渡为砂层或粉砂层。在垂直剖面上,颗粒大小以底部粗、上部细为序;纵剖面看,上游较下游粗一些。正常情况下,在横向上电性差异应该较小,如果有古河道发育,则该处地层会存在大量的空隙和裂隙,该区域会出现相对高(不富水)或低(富水)的电阻率反映。这为采用高密度电法勘查古河道提供了良好的地球物理前提 。测点布置高密度电法勘探使用 型高密度电法仪,高密度电法测线与 工作面平行布置,测线方向 ,按 线距、点距的网度进行。
8、分别在终采线和开切眼位置向外各延 ,共布置高密度电法测线 条(编号为 线),每条测线均布置有效控制测点 个(编号为 点),共计测点 个。测点测线布设时,一般障碍不绕行、不走捷径,因地形或建筑物影响难以到达准确点位时,采用引线连接,确保测点测线布设准确,导线敷设到位;电极在埋设时,若遇浮砂,均用铁锨铲去浮砂,然后浇灌盐水,保障电极与地面接触良好,接地电阻一般不大于 ,以保障供电电流,提高信噪比;在数据大小发生突变的地方要求复测检查,查明原因或增加观测密度。同时,按照不少于 的比例在全区布置检查点,以检查观测质量,观测资料经检查符合质量要求后,方能用于解释。资料解释根据反演结果绘制各测线的视电阻率
9、断面图。在视电阻率断面图上,视电阻率从低至高分别用蓝青绿黄红紫等颜色标示。下面选取测区的典型视电阻率断面图进行分析。断面图分析线视电阻率断面如图 所示。图 线视电阻率断面 该测线位于测区中部偏东,地形变化较为平缓、整体上南北高中间低。由图 可见,在横轴 处,目标层附近有一高阻异常(图 中以红色虚线矩形圈定),视电阻率高于 ,根据其平面位置的分布,命名为高阻异常 ,结合地质资料,推断该位置可能存在不(弱)富水的古河道;在横轴 处,目标层附近有一低阻异常(图 中以蓝色虚线矩形圈定),主体视电阻率低于 ,根据其平面位置的分布,命名为低阻异常 ,结合地质资料,推断其为直罗组富水区;同理,结合地质资 年
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