多煤层复杂构造区含水性电法综合探测研究

闫国才1鲜鹏辉2罗昊3

摘要：复杂构造区含水性探测的精度关系到多煤层矿井下伏煤层采掘的安全性。分析了电法综合探测的原理及复杂构造区含水性的地球物理响应特征，结合工程应用，提出了电法综合探测技术，对探测成果进行了分析解释，并通过后期采掘验证。研究表明，电法综合探测对多煤层复杂构造区的探测具有很好的效果，为多煤层依次安全采掘提供了可靠的技术支持。

关键词：电法综合探测；复杂构造区；富水性

电磁类方法一直是解决矿井水文地质问题的重要物探手段，尤其是随着经济社会的不断发展，煤矿的自动化程度日益增长，随之二来的安全问题越来越受到人们的重视，而水害作为矿井安全的一大灾害，自然成为大家关注的交点。为了解决多煤层复杂构造区的含水性问题，文章采用了矿井瞬变电磁法和矿井直流电法综合探测方法，提高了探测精度和可信度，为煤矿采掘活动安全进行提供了可靠的地质资料[1-3]。

1探测原理

瞬变电磁法是利用不接地回线向地下发射一次场，关断发射电流，在一次场的间歇期利用线圈观测二次涡流场的方法。在地面铺设一体面积的回线发射框，并通以一定波形的电流，在其周围空间产生一次场，并在地下导电煤岩体中产生感应电流，断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减，衰减早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小，而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征[2]。

高密度电法是以煤岩层的导电性差异为基础，研究施加人工电场时地层中电流的传导及分布规律。一般情况在野外采用三电位电极体系，可以形成温纳四极装置、偶极及微分装置组合，构成了精细探测系统，探测过程中通过改变装置参数来测得视电阻率，从而反映地层的信息[1，3]。

2地球物理响应特征

理论上，干燥的岩石电阻率相对较大，但实际上岩石孔隙、裂隙总是含水的，且随着岩石的湿度或者饱和度的增加，电阻率急剧下降。断层陷落柱的电阻率并不取决于其本身，而主要取决于断层陷落柱的破碎程度及其含水的饱和度；煤岩层的电阻率不取决于干燥煤岩石本身，主要取决于岩石的饱和度和矿化度。一般来说，含水断层陷落柱和岩层的电阻率远小于不含水围岩的电阻率，这是电法综合探测构造区含水性的地球物理物理依据[1-4]。

3探测技术

瞬变电磁探测采用加拿大凤凰公司生产的V8电法工作站，该仪器具有抗干扰能力强、体积效应小、灵敏度高、分辨率高等特点。数据采集由微机控制，自动记录和存储，与微机连接可实现数据回放。探测采用40×40m的网度，经过试验确定发射线框采用360×360m，发射频率采用25Hz，采样时间2min，发射电流12A，增益选取×4[3，5]。

高密度电法采用重庆奔腾仪器厂生产的WDA-1A型超级数字直流电法仪为测控主机，该仪器抗干扰能力强、轻便、灵敏度高。布置测线尽量垂直地层和主要构造的走向，采用温纳装置，供电电压选择700V，供电延时为3s，电极距选择为10m[4]。

4工程应用

某矿南九采区（二段）水文地质情况复杂，属于多煤层复杂构造区，在前期三维地震勘探资料的参考下，采用电法综合探测煤系地层的含水情况。

4.1探测成果及解释

如图所示，为其中一条侧线的综合探测剖面图。从图中可以看出，前期三维地震探测的DF19正断层走向NE，倾向NW，倾角76°，落差0～35m，延展1200m，为区内最大断层，本次探测结果显示该断层从2号煤层到奥灰顶板均有相对低阻异常反映，推断该断层局部含水。

图中由前期三维地震勘探圈定的陷落柱长轴直径222m，短轴直径81m。本次探测结果显示该陷落柱由2号煤层延伸到奥灰顶板，且均有相对低阻异常反映，推断该其局部富水。

4.2地质验证

后期8号煤层采掘过程中在该探测范围内顶板均有不同程度的淋水现象，加上采动影响，局部区域由于裂隙导通顶板出水量较大，与探测结果吻合较好。

5结论

多煤层复杂构造往往制约了地面单一物探技术的应用，但是为了探测该区域的水文地质特征，采用综合电法探测起到了很好的效果，数据处理和解释的过程中结合了已有的地质资料，提高了成果的可靠程度。

参考文献：

[1]王晓彦，刘鸿福等．综合电法在煤矿双层采空区探测中的应用[J]．山西煤炭，2012，32（3）：61～62．

[2]郭崇光，田卫东．瞬变电磁法在山西采空区探测中的应用[J]．实用技术，2003，13（1）：25～26．

[3]袁树森，张志军．高密度电阻率法在地下煤矿采空区探测中的应用[J]．矿产与地质，2006．6，20（3）：273～278．

[4]闫长斌，徐国元等．复杂地下空区综合探测技术研究及其应用[J]．辽宁工程技术大学学报，2005，24（4）：482～484．

[5]郭崇光，刘君．综合电法在采空区探测中的应用[J]．科技情报开发与经济，2004，14（2）：142～144．

资助项目：中煤科工集团重庆研究院有限公司自立重点项目（编号2015ZDXM11）