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        直流電極化測深在采空積水量計算中的應(yīng)用

        2016-12-21 06:01:57張有旺
        西部探礦工程 2016年12期
        關(guān)鍵詞:極距富水積水

        張有旺

        (大同煤礦集團公司五人小組管理部,山西大同037001)

        直流電極化測深在采空積水量計算中的應(yīng)用

        張有旺*

        (大同煤礦集團公司五人小組管理部,山西大同037001)

        隨著煤炭技術(shù)的不斷發(fā)展,開采深度越來越深,采空積水區(qū)范圍的劃定成為防治水的重點內(nèi)容。通過直流電激發(fā)極化測深法對圈定區(qū)域進行勘測,根據(jù)點視極化率測深曲線分析,測點位置超過100m后,曲線表現(xiàn)出高值異常,ηs的最大值約為2%,即強富水性。以此可以判斷所圈定區(qū)域確實存在積水區(qū)。另外,通過測定的積水面積,根據(jù)煤層平均厚度和壓實系數(shù)等參數(shù)可以準(zhǔn)確計算積水量,為礦區(qū)積水安全隱患的排除提供保障,對煤礦安全生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

        直流電;極化;積水;采空區(qū);實踐

        塔山礦雁崖擴區(qū)8302工作面位于三盤區(qū)西南部,工作面已圈定。其中8302工作面山4#層上覆侏羅紀(jì)14-3#煤層,侏羅紀(jì)11-2#煤層,采空區(qū)積水現(xiàn)狀不清,為了查明14-3#、11-2#層采空區(qū)及積水情況,利用直流電極化法在圈定區(qū)域進行探測,取得了可靠的地質(zhì)成果。

        1 概述

        1.1 礦井概況

        本區(qū)位于大同煤田中東部,東接口泉山脈,大部分地區(qū)呈低山丘陵地貌,海拔高度1100~1850m。地形起伏較大,地表大部分為黃土所覆蓋,僅溝谷及山脊地區(qū)有巖層出露,給物探勘查工作帶來一定的困難。煤田的基盤為上太古界集寧群,其后的各地層依次沉積有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系以及第四系。本次測區(qū)目的層(侏羅系下統(tǒng)大同組14-3#煤層)賦存特征如下:14-3#煤層的底板標(biāo)高為1310m,地勢為南高北低,煤層平均厚度為4.1m,煤層傾角為5°,埋深約200m。山4#煤直接頂板砂巖含水地層為山西組地層,其次從下至上為下石盒子組、上石盒子組、永定莊組地層,含K3-K11砂巖。

        1.2 水文地質(zhì)情況

        地下水的主要補給來源為大氣降水,由于受區(qū)內(nèi)地形高差較大,植被稀少,降水量少且集中等因素影響,造成地下水補給貧乏,砂巖裂隙含水層富水性弱。另外侏羅系大同組14#煤層的開采垮塌造成的淡水裂隙帶影響,大部分地表水和淺層地下水沿導(dǎo)水裂隙帶入滲至采空區(qū),在采空區(qū)低洼處匯集成積水,從而直接影響石炭、二疊系煤層的開采。山西組砂巖裂隙含水層為山4#煤層的直接充水含水層,經(jīng)勘探和井下開采證實,砂巖含水層的涌水量不會給生產(chǎn)帶來大的影響。通過分析礦床水文地質(zhì)特征及充水因素得知,煤層開采的主要水文地質(zhì)問題為侏羅系大同組煤層采空積水問題。

        2 電法勘探技術(shù)方案

        2.1 直流電法方法原理

        激發(fā)極化的直流電測深法在我國應(yīng)用很早,目前已經(jīng)發(fā)展較為成熟。其工作原理是在同一測點上不斷擴大電極距,加大測深,然后觀察這一測點不同垂直深度上的視電阻率和極化率的變化情況。

        本次采空區(qū)積水測定工作采用的是對稱四極電測深,即以測點為中心,對稱于測點的AB極距按一定倍數(shù)向兩旁增大,同時AB極距和MN極距之間成一定的比例關(guān)系。對同一測點來講,不同的AB極距對應(yīng)著不同的ρs值和ηs值,因此以AB極距為橫坐標(biāo)、ρs值和ηs值為縱坐標(biāo)可以繪制曲線,該曲線就是這一測點垂直深度上的地質(zhì)變化。導(dǎo)致ρs值變化的主要變量是各電性層的厚度、層數(shù)、電阻率的大小以及電極距的長短等因素;導(dǎo)致ηs值變化的主要變量是極化效應(yīng)的大小,也就是含水情況。

        2.2 TD-3數(shù)字直流電法儀

        本次測量中主要用到的儀器是TD-3數(shù)字直流電法儀。根據(jù)現(xiàn)場的情況,設(shè)定AB/2極距的最大值為300m,這樣就可以確??碧缴疃饶芴綔y到14#煤層以下。根據(jù)溫納測深要求,AB/2極距與MN/2極距之間的關(guān)系如表1所示。

        表1 激發(fā)極化法AB/2極距與MN/2極距關(guān)系一覽表

        時間參數(shù)的選取為:TIME=10000ms,V-DE?LY=5000ms,M-DELY=250ms,M-END=270ms,M2-END=5250ms,供電電壓在900V左右,供電電流在700mA左右。

        3 數(shù)據(jù)處理結(jié)果分析

        3.1 直流激電測深分析

        根據(jù)前期的探測結(jié)果,在8302工作面8測線的180樁號點、8測線的900樁號點輔助性的布置了激電測深工作,確定異常區(qū)性質(zhì)和深度。

        直流激電測深的主要參數(shù)有視電阻率ρs和視極化率ηs,視電阻率ρs測深曲線橫、縱坐標(biāo)均采用對數(shù)坐標(biāo),模數(shù)均為6.25cm,橫坐標(biāo)代表供電電極距AB/2(即勘探深度),縱坐標(biāo)代表視電阻率值ρs的大小,將不同供電電極距AB/2的ρs值相連成線,即為測深曲線。ρs值的大小與地層巖性有關(guān),黃土、粘土和泥巖的值較低,砂巖的值與其粒度的大小有關(guān),ρs值越大,地層的粒度越粗,反之則越細。視電阻率ρs測深曲線主要反映了各測點垂直方向電性變化情況。同樣,ηs測深曲線與ρs測深曲線類似,ηs值的大小與地層的富水程度有關(guān),富水性越好,ηs值越大,反之則越小。視電阻率ρs測深曲線主要反映了各測點垂直方向電性變化情況?,F(xiàn)對所測單支曲線分析。

        (1)8302工作面8測線180樁號。從圖1(a)中ρs曲線可以看出,隨橫坐標(biāo)(即AB/2極距)的增大,曲線整體的趨勢為從低到高,反映了煤系地層情況;從圖1(b)中ηs曲線可以看出,在橫坐標(biāo)(即AB/2極距)小于100m時,曲線平緩,大于100m的時候,ηs值異常增高,甚至可達2%,說明富水性比較強。

        圖1 8-180點視電阻率測深與點視極化率測深曲線圖

        (2)8302工作面8測線900樁號。從圖2(a)中ρs曲線可以看出,隨橫坐標(biāo)(即AB/2極距)的增大,曲線整體的趨勢為從低到高,反映了煤系地層情況;從圖2(b)中ηs曲線可以看出,在橫坐標(biāo)(即AB/2極距)小于100m時,曲線平緩,說明富水性較差,而大于100m的時候,ηs值異常增高,甚至可達2%,說明富水性比較強。

        對比2個測點的極化率曲線可知,在100m之后的極化率值,極化率極高,基本上反映了所圈定積水區(qū)的積水情況。

        3.2 結(jié)果分析

        從上面的分析知,所圈定的區(qū)域確實富水性較強,存在積水區(qū)的可能性非常大。根據(jù)前期物探的結(jié)果,標(biāo)定所圈定的區(qū)域面積編號為A1、A2、A3,A1面積為55434m2,A2面積為82615m2,A3面積為20198m2。根據(jù)式(1)可以計算積水區(qū)域的積水量。

        式中:Q——積水量;

        S——積水區(qū)面積;

        h——煤層平均厚度,取4.1m;

        v——壓實系數(shù),取0.3。

        計算結(jié)果如表2所示。

        圖2 8-900點視電阻率測深與點視極化率測深曲線圖

        表2 積水情況計算

        4 總結(jié)

        (1)通過直流電激發(fā)極化測深法對圈定區(qū)域進行勘測,根據(jù)點視極化率測深曲線分析,測點位置超過100m后,曲線出現(xiàn)高值異常,ηs值最大達2%左右,富水性比較強。以此可以判斷所圈定區(qū)域確實存在積水區(qū)。

        (2)通過測定的積水面積,根據(jù)煤層平均厚度和壓實系數(shù)等參數(shù)可以準(zhǔn)確計算積水量,為快速排除煤礦的安全隱患提供依據(jù),對指導(dǎo)煤礦防治水安全生產(chǎn)具有一定意義。

        [1]郭連宏,王潤紅,朱文勝,郭華.瞬變電磁勘探法在長治地區(qū)探測煤礦采空積水去區(qū)中的應(yīng)用[J].煤礦安全,2012,43(12):139-142.

        [2]李晨.瞬變電磁法在烏達礦區(qū)探測采空積水區(qū)的應(yīng)用效果分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟,2009(5):31-33.

        [3]溫建亮.瞬變電磁法勘探在煤層采空積水區(qū)的應(yīng)用[J].中國煤炭地質(zhì),2010,22(5):66-68.

        [4]李玉寶.礦井電法超前探測技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2002,30(2):1-3.

        [5]周韜,張開元.瞬變電磁法在探測煤礦采空積水區(qū)的應(yīng)用[J].中州煤炭,2009(9):51-53.

        P613

        B

        1004-5716(2016)12-0150-03

        2016-02-24

        2016-03-01

        張有旺(1973-),男(漢族),山西渾源人,注冊安全工程師,現(xiàn)從事安全監(jiān)管工作。

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