顾北1312探水物探成果报告.doc

淮浙煤电**公司顾北煤矿分公司1312(1)面顶板赋水性综合物探成果报告(1)淮浙煤电**公司顾北煤矿分公司惠洲地下灾害研究2021年5月工程名称顾北煤矿1312(1)工作面顶板赋水性综合物探工程实施地点淮浙煤电**公司顾北煤矿完成单位惠洲地下灾害研究主要完成人吴荣新 胡雄武报告提交单位惠洲地下灾害研究〔签章〕编 制胡雄武审 核平松技术负责吴荣新工程负责吴荣新. z.-目 录1 工程概况32 探测方法原理32.1 三维直流电法根本原理32.2 矿井瞬变电磁探测原理43 现场数据采集63.1 并行电法现场布置63.2 瞬变电磁法探测布置64 探测结果分析74.1 井下瞬变电磁探测结果分析74.2 三维并行电法探测结果分析85 综合分析106 探测结论与建议116.1 结论116.2 建议11. z.-1工程概况顾北矿1312〔1〕工作面在掘进过程中，顶板常出现较大涌水现象，严重影响了工作面的正常生产为确保本工作面平安生产，需查明该面顶板富水区分布情况。

通常工作面直流电法和瞬变电磁法都是较有效的物探手段，拟决定采用三维直流电法和瞬变电磁法综合物探法来探测顶板富水区情况探测容为：〔1〕采用三维直流电法和瞬变电磁法综合物探来探测工作面顶板岩层电性变化情况；〔2〕分析工作面顶板赋水性，圈定工作面顶板相对富水区；〔3〕对探测围工作面顶板富水区、导水围做出分析评价，指导防治顶板水工作2 探测方法原理工作面及煤层顶底板岩层的富水区，通常表现为低电阻率异常工作面的较大落差断层〔>1/2煤厚〕，在断层两侧常存在煤层变薄现象，电阻率相对变低；而厚层煤区则表现为相对高阻因此，富水区围和煤层变薄区等与正常煤层间存在明显的电性差异，可以进展电法探测来查明相关问题2.1 三维直流电法根本原理电法探测采用网络并行电法进展探测探测使用的仪器为并行网络电法仪，该仪器的最大优势在于任一电极供电，可在其余所有电极同时进展电位测量，可清楚地反映探测区域的自然电位、一次供电场电位的变化情况，采集数据效率比传统的高密度电法仪又大大提高，是电法勘探技术的又一次飞跃，是国率先使用的方法例如：测布置64个电极，对于AM法采集时，任一电极供电时，其余63个电极同时采集电位，这样其数据采集效率与串联采集相比，采集效率至少提高了63倍。

不仅如此，通过AM法和ABM法装置自动顺次切换电极，取得大量的电法数据〔如图2-1〕采用网络并行电法采集的数据可用于超前电阻率法反演　　电阻率三维反问题的一般形式可表示为：图2-1 网络并行电法采集电位图〔a〕AM法；〔b〕ABM法　　式中：G为矩阵；d为观测数据和正演理论值的残差向量；为初始模型的修改向量对于三维问题，将模型剖分成三维网格，反演要求参数就是各网格单元的电导率值，三维反演的观测数据则是测量的单极-单极电位值或单极-偶极电位差值由于它们变化围大，一般用对数来标定反演数据及模型参数，有利于改善反演的稳定性由于反演参数太多，传统的阻尼最小二乘反演往往导致过于复杂的模型，即产生所谓多余构造，它是数据本身所不要求的或是不可分辨的构造信息，给解释带来困难在最小二乘准则中参加光滑约束，反演求得光滑模型，提高了解的稳定性其求解模型修改量的算法为：其中C是模型光滑矩阵通过求解矩阵G及大型矩阵逆的计算，来求取各三维网格电性数据网络并行电法仪采集的数据为全电场空间电位值，保持电位测量的同步性，防止了不同时间测量数据的干扰问题通过在已掘巷道中布置电法测线，观测不同位置不同标高的电位变化情况，通过三维电法反演，得出巷道周边及前方围的电阻率分布情况，从而给出客观的地质解释。

2.2 矿井瞬变电磁探测原理图2-3 矩形回线中输入阶跃电流产生的磁力线图图2-4 半空间中的等效电流环图2-2 理论探测模型瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Methods)，又称时间域电磁法(Time Domain Electromagnetic Methods)，简称TEM或TDEM，是近年来国外开展得较快、地质效果较好的一种电法勘探分支方法它与其它测深方法相比，具有探测深度大、信息丰富、工作效率高等优点自上世纪五十年代以来，该方法得到迅速开展，特别是对探测高阻覆盖层下的良导电地质体取得了显著的地质效果它主要应用于金属矿勘查、构造填图、油气田、煤田、地下水、地热以及冻土带和海洋地质等方面的研究，在国外已取得了令人瞩目的效果瞬变电磁法属时间域电磁感应方法其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波〔见图2-2〕，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的鼓励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡(衰减)过程〔见图2-3、2-4〕该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向掌子面传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。

如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V(t)，就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在瞬变电磁场在中主要以扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中传播而消耗，由于趋肤效应，高频局部主要集中在地表附近，且其分布围是源下面的局部，较低频局部传播到深处，且分布围逐渐扩大3现场数据采集现场探测工作于2021年5月9日进展，现场采用三维并行直流电法和瞬变电磁两种方法3.1 并行电法现场布置图3-1 三维电法现场电极〔红色圆点〕布置本次工作面三维并行电法的测线沿1312〔1〕胶带机顺槽和回风顺槽点与南翼11-2回风大巷穿插点往工作面切眼方向布置，均完成250m测线长度数据采集，共完成2个测站的数据采集，每个顺槽各布置1站，单位电极距为5m两顺槽共计完成500m段电法数据采集任务3.2 瞬变电磁法探测布置图3-2 顾北矿1312〔1〕工作面瞬变电磁测点〔蓝色圆点〕布置瞬变电磁测线布置于1312〔1〕胶带机顺槽和回风顺槽点及南翼11-2回风大巷，测点距为10m，共计测线长度为810m〔回风顺槽：150m，胶带机顺槽：250m，11-2回风大巷：350m〕，见图3-2。

同时，在回风顺槽和胶带机顺槽中每个测点布置两个探测方向，分别为巷道垂直方向顶板和斜向面45°顶板方向；11-2回风大巷布置3个探测方向，分别为巷道垂直方向顶板和斜向面45°顶板方向以及斜向面外45︒方向现场采用多匝重叠装置，通过定向发射接收，捕捉顶板岩层富水区4 探测结果分析4.1 井下瞬变电磁探测结果分析附图1、附图2和附图3分别为1312〔1〕工作面本次瞬变电磁测试围视电阻率成像图总体上，胶带机顺槽、回风顺槽和回风大巷顶板岩层电阻率较为接近，数据成像采用统一等值线色标，以便直观分析岩层电性分布特征因1312〔1〕工作面巷道金属支护，且在回风大巷观测时，局部堆积大量金属器件，给本次瞬变电磁探测解释处理造成一定的困难，经分析校正，针对探测段该工作面顶板富水性情况，获取4个相对低阻异常区由于探测区域环境存在大量金属干扰，使得电磁感应信号非正常抬高，导致本次瞬变电磁探测电性参数〔视电阻率值〕偏低，进一步影响电磁场"时—距〞转换，给探测异常深度判定造成一定的误差为获得异常最正确判定，结合矿区11层煤瞬变电磁探测经历，并考虑视电阻率等值线形态及其梯度变化情况，确定本工作面以8为高电磁感应区域，即为低阻异常区。

〔1〕TY1异常区位于胶带机顺槽一侧，沿巷道走向分布围为*1+60～140m，主要沿面展布<50m，其顶板上部岩层视电阻率值总体低于8；分析该异常区为受F93-1断层〔∠58～65°，H=14.2m〕影响，顶板岩层含水裂隙发育〔2〕TY2异常区沿胶带机顺槽，N15+30～60m，主要位于垂直顶板上方，深度<50m，该段岩层视电阻率值总体低于8；分析该区域受回风大巷侧多组断层影响，顶板岩层裂隙发育，含水〔3〕TY3异常区位于回风顺槽与南翼回风大巷穿插口附近，沿面展布围<70m，该段岩层视电阻率值总体低于8；分析该段工作面顶板岩层裂隙发育，少量含水〔4〕TY4异常区位于南翼回风大巷N15～N22之间，纵向分布于巷道外侧顶板，深度分布于30～50m之间，岩层视电阻率值总体低于8；该区域与TY2异常区位置较为接近，认为两异常区为同一含水区，分析受回风大巷侧多组断层影响，顶板岩层裂隙发育，含水4.2三维并行电法探测结果分析图4-1为顶板三维电法电阻率成像立体效果图，由图可见，上下阻值差异明显，其中低阻区围主要位于顶板35m以，尤其是顶板20m围以，分析主要为煤层顶板砂岩含水图4-1 1312(1)工作面顶板三维〔10m以上〕电法探测电阻率成像立体切片EY1EY2附图4～8为顶板上方不同深度三维电阻率成像水平切片。

受巷道及其周边金属影响，顶板浅部切面电阻率值波动较大；顶板10m切面低阻区围反响顶板富水区分布情况；顶板35m以上，相对低阻围显著减小，到65m以上，异常区根本难以准确分辨因此，本次探测选择顶板上部10m断面低阻区作为相对富水区由附图中可见2个相对低阻区，分别定义为EY1区和EY2区其中：〔1〕EY1异常区区域电阻率值<9，位于胶带机顺槽一侧，分布围较大〔沿胶带顺槽，N15+20～200m〕，在影响区，又可细分为几个相对集中低阻区，分别定为EY1-A、EY1-B和EY1-C，其电阻率值<7，中心<4分析该区岩层裂隙发育，含水性强具体可见附图4；〔2〕EY2异常区相对EY1区较小，主要回风顺槽一侧，沿回风顺槽走向围为20～70m，沿面展布<70m，参考原点为南翼11-2回风大巷与回风顺槽穿插口，具体见附图4该区阻值亦表现较低，分析该区具有一定的含水性5 综合分析由于瞬变电磁和并行电法探测方式不同，瞬变电磁易受巷道金属体、积水区等影响，探测结果空间可靠性受到影响；而三维电法探测结果主要受电极接地点附近电阻率影响，总体上其平面分辨能力较好；因此，瞬变电磁和三维电法探测结果具有一定互补性考虑到主要的顶板砂岩水威胁区平面及深度围都应较大，因此，取三维电法切面低阻围〔品红色虚线区〕与瞬变电磁所圈异常围〔蓝色虚线区〕相交区为重点富水区〔红线区〕，代表放水验证钻终孔位置围，以两者并集围作为富水区围〔黑色虚线区〕，共圈定2个低阻区，具体见附图9。

〔1〕YC1低阻区异常围为N15～N15+300m，主要沿胶带机顺槽走向分布于巷道两侧，其中偏向面一侧延展宽度约为50m，面外侧延展宽度约为40m；顶板延展深度为<50m；结合地质资料分析，该区夹于南北两侧多组断层之间，其中北侧断层〔F93-1〕落差约为14m，南侧断层落差平均为1.5m，推测受断层影响，该异常区顶板岩层裂隙发育，含水综合三维电法和瞬变电磁法探测结果，圈定3个低阻区核心，分别为Z-1、Z-2和Z-3为重点防治水区域，作为设计钻孔终孔所在位置；〔2〕YC2低阻区位于南翼11-2回风大巷与1312〔1〕工作面回风顺槽穿插口，沿回风顺槽走向围为20～90m，主要沿面展布，围<70m，顶板延展深度<35。