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1、物探新技术在煤矿防治水方面的应用,目录,一、矿井水简介 二、物探的概念及分类 三、电法勘探简介 四、地震勘探简介 五、常用的煤矿水文物探仪器 六、井下物探应用实例 七、水文物探方法应用小结 八、结语,一、矿井水简介,1、矿井水分类（按含水层空隙性质） 孔隙水、裂隙水、岩溶水、老空水,2、 矿井水的来源及勘查方法,（1）大气降水 调查 （2）地表水 调查 （3）含水层水 （尤其奥灰水） 水文钻探+物探（地面） （4）老空水 物探（地面+井下）+钻探（井下） （5）断层（陷落柱）水 物探+钻探（井下）,3、矿井水害类型,（1）采空区老窑水突出重大人员伤亡 （2）底板突水巨大经济损失 （3）煤层顶板
2、含水层涌水影响生产 （4）断层、陷落柱突水 （5）封堵不良的钻孔等其它突水方式,二、物探的概念及分类,1、什么是物探 地球物理勘探就是用专门的仪器，观测这些地球物理异常，取得它们(在时间和空间上)的分布及形态等有关地球物理资料，然后结合已知地质资料进行分析研究，推断地下地质构造，或确定介质的性质，从而达到解决地质问题的目的。,按物理场分：重力、磁法、电法、地震、放射性、地热按工作空间分：地面、井下、井中、海洋、航空 按勘探目的分：金属、石油、煤田、水文、工程、环境、军事,2、物探方法分类,3、目前常用的防治水物探方法 （1）电法地面：瞬变电磁法、直流电法、高密度电法、CSAMT井下：瞬变电磁法
3、、三极直流电法、无线电坑透 （2）地震三维地震（地面） （3）放射性 测氡（地面）,三、电法勘探简介 1、什么是电法勘探电法勘探是以岩、矿石之间电学性质的差异为基础，通过观测和研究与这些差异有关的电场或电磁场在空间或时间上的分布特点和变化规律，来查明地下地质构造和寻找地下电性不均匀体的一类勘查地球物理方法。,2、常用地面水文电法技术及特点,3、地面瞬变电磁法的问题,（1）地形复杂时地形影响难以完全消除。 （2）易受地面高压线、河流、水库、地下管网及其它 铁磁性物质干扰。 （3）上部低阻体易对下部形成低阻屏蔽，形成垂向上的低阻串。 （4）相对于横向而言，垂向分辨率低，深度误差大。 （5）网度（线
4、距*点距）问题。总体而言，该方法仍以定性解释为主。,K4砂岩富水异常平面图,4、常用井下水文电法技术及特点,（1）井下直流电法勘探 特点：理论成熟、浅部勘探精度高；体积效应大；由于高阻煤层屏蔽影响，能反映底板以下地质情况；工作效率低、劳动强度大；施工条件受巷道空间、长度的影响较大。探测结果受巷道内局部电性不均匀体影响较大。方法多，井下主要是高密度电法及三极直流测深法。装置多，常用的有电测深（三极测深、四极测深）、电剖面法（三极剖面、偶极剖面）。,高密度电阻率法探测底板（淮北，张）,三极直流超前探测及底板探测解释成果图 （柳林寨崖底矿）,（2）井下瞬变电磁法,只能采用边长小于3m（一般1m）的多
5、匝小线框，因此与地面瞬变电磁法相比具有数据采集工作量小，测量设备轻便，工作效率高，成本低等优点。由于采用小线圈测量，点距更密，可降低体积效应，提高分辨率。井下测量装置靠目标体更近，将会大大提高异常体的感应信号强度。由于瞬变电磁法关断时间的影响，无法探测到更浅部的异常体，在浅部形成20m左右的盲区。矿井瞬变电磁法勘探受井下金属仪器设备（采煤机械、 变压器、金属支架等）的影响较大。,超前探测时发射线框的角度,井下瞬变电磁法迎头超前探测(顶板、顺层、底板),井下瞬变电磁法迎头探测陷落柱 （迎头前方25米左右为一陷落柱，直径27米左右，无水，岩石干燥）,井下瞬变电磁法探测老巷 （巷道右前方65米左右有
6、一老巷道，不含水）,（3）井下无线电波透视（坑透）,无线电波透视法是通过研究电磁波在坑道间的传播特性和被介质吸收的情况来寻找圈定各种目标的。所用频率属高频频段，一般为一百千赫至几十兆赫。 无线电波遇到电性不同的目标体时会发生反射、折射、透射、边缘绕射以及对波的吸收等现象，因而改变了场的分布形态。无线电波透视法主要应用于探测工作面内构造，如陷落柱、断层、煤层变薄区等。对穿距离200m左右。,定点法观测示意图 定点法观测时, 发射机的位置在一定的时间内相对固定, 接收机在一定的范围逐点观测其场强值, 即定点发射, 多点接收。可对工作面全面覆盖两次, 不留盲区, 并能运用两巷定点交汇法, 根据坑透综
7、合曲线图, 具体确定地质异常体的性质和空间位置及大小。定点法是井下常用的观测方法。 用同步法观测时, 发射天线和接收天线分别位于不同的巷道中, 同时作等距离移动, 逐点发射和接收。用这种方法观测容易形成盲区, 有漏测的可能。,坑透法探测工作面内陷落柱,5、井下瞬变电磁法存在的问题,（1）探测距离（深度）有限，有效探测距离一般小于80m；有盲区，约20m；易受巷道内矿车、采煤机、电缆、锚网、铁路等铁磁性物质干扰。 （2）缺规范。 （3）队伍水平参差不齐，缺专业物探人员， （4）采集、处理、解释有问题，设计、报告无审查。,上：某矿自采集的资料，数据量不足、处理参数有问题 下：重新采集处理后断面图（
8、顶板45度）,上：某矿自采集的资料，数据量不足、处理参数有问题 下：重新采集处理后断面图（顺层）,上：某矿自采集的资料，数据量不足、处理参数有问题 下：重新采集处理后断面图（底板45度）,四、地震勘探简介 1、什么是地震勘探,实质：地震勘探就是用人工方法(如爆炸，敲击等)产生振动(地震)，研究振动在地下的传播规律，以查明地下地质情况和有用矿藏(如石油，煤田等)的一种地球物理勘探方法。,二维地震勘探时，只能得到射线平面内的地质信息，射线平面只垂直于地下反射界面，不一定垂直于地面。这就是为什么要做3D。,三维地震：一次激发，沿“面积”全面观测数据体，得出测区以下的三维信息。3D地震可利用得到的射线
9、平面以外的信息，消除旁侧干扰，使构造归位。,三维地震数据体（霍尔辛赫）,三维地震时间剖面（霍尔辛赫）,三维地震成果,1、得到的是高密度三维信息，处理后提供高密度的三维数据体； 2、通常会得到较小的深度误差（不大于2%）; 3、在构造复杂地区可得到较准确的构造（断层、陷落柱、采空区）信息（大于5m的断层，大于30m的陷落柱）; 4、能预测煤层厚度变化、冲刷带等;,三维地震勘探的特点：,1、地形高差太大时，平面摆动范围大； 2、干黄土厚时，信噪比低，分辨率低; 3、煤层或采空区埋深浅时，效果差; 4、一般来说，不能直接解决与水有关的问题，但能提供较为准确的煤层埋深及构造（断层、陷落柱、冲刷带等）资
10、料，这些都可能与水有关。 5、成本比电法高许多。不同的地震地质条件，勘探成本差异大。,三维地震勘探的问题：,五、常用的煤矿水文物探仪器,1、地面电法仪器 GDP-32（美国）、V8（加拿大）、PROTEM系列 （加拿大） 、TERATEM（澳大利亚） 2、地面地震勘探仪器 408、428系列（法国）、SN及I/O系列（美国）、ARIES（加拿大） 2、井下电法仪器 矿井全方位探测仪（西安）、直流电法仪（重庆、西安）瞬变电磁仪（福州、武汉）、音频电穿透仪 （西安）、地质雷达 4、井下地震仪器 反射波、折射波、槽波、瑞雷波、岩体声波探测等方法和仪器。,六、井下物探应用实例,单位：临汾西山生辉煤业有
11、限公司 地点：20107回风顺槽 时间：2013年7月1日、7月30日 仪器：矿用瞬变电磁仪YCS40 资料来自：山西德恒煤矿综合物探有限责任公司（感谢）,探测位置,60倾角探测采集14个物理点； 45倾角探测采集14个物理点； 30倾角探测采集14个物理点； 15倾角探测采集14个物理点； 0倾角探测采集14个物理点； -15倾角探测采集14个物理点； -30倾角探测采集14个物理点； -45倾角探测采集14个物理点； -60倾角探测采集14个物理点；共采集9组126个物理点,顶板60度 顶板45度,顶板30度 顶板15度,7月1日,顺层0度 底板-15度,底板-30度 底板-45度,顶板4
12、5度 顶板30度,顶板15度 顺层0度,7月30日,底板-15度 底板-30度,底板-45度,超前探测应注意的问题,1）掌子面处浮矸石要清除干净，为2m 线框探测提供有效空间； 2）采掘机退后10m，实在来不及退后，至少6m； 2）移除一切影响探测的金属器件； 3）保持2m 线框基本形状，与掌子面壁“零距离”有 效耦合； 4 ）每 一测点按一定方向从左至右或从右至左移动，步 距为0.2m左右，越小越好，一定要保证有效的数据量。掌子面处探测有效数据点不少于8个； 5）现场探测时最好断电。 6)侧帮探测时，有金属网存在时，线圈则离金属网20公分。,单位：临汾西山生辉煤业有限公司 地点：20107工
13、作面 时间：2013年9月11日-12日 仪器：YCT型无线电波坑道透视仪 资料来自：山西德恒煤矿综合物探有限责任公司（感谢）,20107工作面探测示意图,20107工作面探测结果 （1#异常 ：皮带巷通电工作影响 ；2#异常 ：隐伏构造 ）,（一）地面物探 目前可解决的水文地质问题： 1）采空区范围及积水情况。 2）新生界地层富、含水区范围。 3）煤系地层各富、含水层范围。 4）煤层和奥陶系灰岩顶界面起伏形态及岩溶发育状况。 5）推测煤层与奥陶系灰岩之间有无导水通道。 6）对勘探区发育的断层、陷落柱，探测其富水性并推测导水状况。,七、水文物探方法应用小结,（1）小窑采空区范围及积水探测方法：
14、瞬变电磁、激电、测氡、高密度电法,（2）含水层富水区及构造富导水探测方法：瞬变电磁 目的和任务为： 1）探测新生界地层富含水区范围。 2）探测煤系地层各富含水层范围。 3）探测奥陶系灰岩岩溶发育状况。 4）推测煤层与奥陶系灰岩之间有无导水通道。 5）对勘探区发育的断层、陷落柱及三维地震勘探解释的断距5米的断层、长轴直径20米的陷落柱，探测其富水性并推测导水状况。,瞬变电磁资料分析 视电阻率剖面图和3号煤层顺层视电阻率切片图综合分析,（二）井下物探 （1）超前探测（迎头、侧帮） 目的和任务：探测井下巷道测帮、迎头前方0100米范围内的断层及含水、导水构造、陷落柱及其富水性等。 方法：瞬变电磁法、直流电法 目前能解决的地质问题有：1）煤层中的小断层（如坑透），2）煤系地层中的岩溶陷落柱（如直流电法、TEM）3）煤层顶底板裂隙及其稳定性(如直流电法)，4）煤层自然发火地带5）巷道与灾害性地质体（如采空区、陷落柱）的距离6）围岩的含水性与疏干效果7）潜在的带压水突出的构造8）老窑采空积水区位置9）被淹没巷道的位置及其突水通道位置，等等。,（2）顶底板探测 目的和任务：探测工作面顶板、底板内部含水构造、含水层富水性平面分布规律等。 方法：瞬变电磁法、直流电法,
