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        高密度電阻率法在老煤窯采空區(qū)勘探中的應(yīng)用

        2021-09-10 18:40:33王守興祁堯剛歐立鵬
        科技尚品 2021年5期
        關(guān)鍵詞:煤礦

        王守興 祁堯剛 歐立鵬

        摘 要:為了探明采空區(qū)位置,消除采空區(qū)對(duì)后期生態(tài)環(huán)境修復(fù)的影響,結(jié)合地質(zhì)條件、地表可見塌陷坑、地球物理特性和高密度電阻率法的優(yōu)勢(shì),在調(diào)查區(qū)開展了對(duì)采空區(qū)的勘探工作。通過認(rèn)真分析采集的數(shù)據(jù)和反復(fù)推斷,最終查明調(diào)查區(qū)內(nèi)的采空區(qū)分布,同時(shí)也驗(yàn)證了高密度電阻率法在老煤窯采空區(qū)勘探中的可行性和適用性。

        關(guān)鍵詞:高密度電阻率法;采空區(qū);煤礦

        中圖分類號(hào):TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-1064(2021)05-027-02

        DOI:10.12310/j.issn.1674-1064.2021.05.013

        黃河作為中華民族的母親河,孕育了世代中華兒女,保護(hù)黃河流域,促進(jìn)黃河的高質(zhì)量發(fā)展,是事關(guān)中華民族偉大復(fù)興的千年大計(jì)。隨著國家相關(guān)政策的逐步落實(shí),黃河流域礦集區(qū)整治和治理的腳步逐漸加快。在此過程中,一些未探明的采空區(qū)為礦山環(huán)境后期治理恢復(fù)工作帶來了一定的隱患,而高密度電阻率法在采空區(qū)探明工作中,具有成本低、效率高、快捷、直觀的特點(diǎn),能更真實(shí)地反映地表以下地層結(jié)構(gòu)特征,同時(shí)也是采空區(qū)探查中運(yùn)用最廣泛的方法之一。

        1 高密度電阻率法

        高密度電阻率法是電法測(cè)量中的一種,其采用了多電極、高密度一次布極,并實(shí)現(xiàn)了跑極和數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化,因而比常規(guī)的電阻率法具有更多優(yōu)點(diǎn):

        在同一剖面上,通過電極變換,可以獲得斷面不同深度電阻率等值線圖,且隨著電極的轉(zhuǎn)換測(cè)量深度逐漸增加,可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)資料處理和成圖解譯。常用的裝置形式主要有溫納裝置、偶極裝置和微分裝置,其中溫納裝置(即對(duì)稱四極裝置)的橫、縱向分辨率相比偶極裝置和微分裝置較高,本次勘測(cè)工作也主要運(yùn)用了該裝置[1-2]。

        2 地質(zhì)區(qū)域背景

        調(diào)查區(qū)地層劃屬華北—柴達(dá)木地層大區(qū),衛(wèi)寧北山—香山晚古生代前陸—上疊盆地,衛(wèi)寧北山褶皺帶。衛(wèi)寧北山地區(qū)是一個(gè)多構(gòu)造復(fù)合區(qū),區(qū)域構(gòu)造主體行跡以東西向?yàn)橹?,西部以東西向或近東西向?yàn)橹?,東部以北西向、南北向?yàn)橹鳌?/p>

        羊虎溝組(C2y):其為該區(qū)主要含礦地層,巖性主要為石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖(或粉砂質(zhì)泥巖)、灰黑色頁巖夾灰?guī)r和煤線。巖層發(fā)育交錯(cuò)層理、板狀和槽狀交錯(cuò)層理、小型斜層理,屬淺海-海岸沉積[3-4],第四系高阻特性的風(fēng)積層大范圍分布于該區(qū)域地表。

        3 地球物理特征

        第四系呈現(xiàn)中—高阻性,砂巖呈現(xiàn)高阻性,炭質(zhì)頁巖及煤層呈現(xiàn)中低阻性,采空區(qū)及其冒落帶含泥水較大,呈現(xiàn)中高阻背景值中的低阻特征。采空區(qū)塌陷后由于上部巖層穩(wěn)定性遭破壞,形成冒落帶或小規(guī)模斷裂帶,采空區(qū)與非采空區(qū)在電阻率上的差異由此顯現(xiàn)。采空區(qū)內(nèi)未充水,其電阻率為高阻特征;采空區(qū)內(nèi)充水,其電阻率為低電阻特征;同時(shí),采空區(qū)內(nèi)散落的淤泥等潮濕填充物也會(huì)引起低電阻率[5]。

        如表1所示,從調(diào)查區(qū)電性參數(shù)可得,區(qū)內(nèi)巖性電阻率測(cè)定值:第四系一般為16Ω·m~61Ω·m;炭質(zhì)頁巖及煤1.5Ω·m~10Ω·m;粉砂巖38Ω·m~74Ω·m;石英砂巖23Ω·m~130Ω·m;采空區(qū)<1Ω·m。

        4 野外數(shù)據(jù)采集

        本次高密度電阻率法勘查,采用深圳賽贏地脈公司生產(chǎn)的GD-10型高密度電阻率法測(cè)量系統(tǒng)。調(diào)查區(qū)共布設(shè)高密度電阻率法測(cè)量剖面7條,剖面布設(shè)方位30°。其中,5m點(diǎn)間距剖面2條;10m點(diǎn)間距剖面5條;平均線間距為350m。數(shù)據(jù)采集參數(shù):電極總數(shù)120根,采集24層,采集裝置為溫納排列,最大供電電壓240V,最大供電電流2A。巖層走向近東西,傾角40°~60°之間,地表可見串珠狀塌陷坑。

        5 數(shù)據(jù)處理及成果解釋

        先用GD-10型儀器將所采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)中,再用Geogiga RImager軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑預(yù)處理并進(jìn)行反演。

        測(cè)線WTL05發(fā)現(xiàn):

        上部埋深0~20m,電阻率大于16Ω·m,解釋推斷為第四系覆蓋層粉砂粘土中含少量碎石塊;部分電阻率大于110Ω·m的高阻,解釋推斷為高地勢(shì)基巖裸露;局部電阻率小于10Ω·m的低阻,解釋推斷為炭質(zhì)頁巖。

        中部電阻率小于5Ω·m,明顯為中低阻區(qū),該區(qū)域?yàn)樘抠|(zhì)頁巖及煤層;其中,在電極19、47、81號(hào)電極對(duì)應(yīng)的正下方為低電阻率區(qū),其電阻率小于1Ω·m,相對(duì)應(yīng)的埋深為75m、90m、100m,推斷為采空區(qū)位置(充水、泥漿)。

        在26~35號(hào)電極和54~70號(hào)電極所對(duì)應(yīng)下方為高電阻率區(qū),且高阻體均有向北傾的趨勢(shì),與地表可見巖層產(chǎn)狀相符,解釋推斷為砂巖夾粉砂巖。

        測(cè)線WTL01發(fā)現(xiàn):

        上部埋深0~10m,電阻率大于16Ω·m,解釋推斷為第四系覆蓋層粉砂粘土中含少量碎石塊;部分電阻率大于80Ω·m的高阻,解釋推斷為高地勢(shì)基巖裸露;局部電阻率小于10Ω·m的低阻,解釋推斷為含炭質(zhì)頁巖。

        中部電阻率小于10Ω·m,明顯為中低阻區(qū),該區(qū)域?yàn)樘抠|(zhì)頁巖及煤層;其中,在電極51、85號(hào)電極對(duì)應(yīng)的正下方為低電阻率區(qū),其電阻率小于1Ω·m,相對(duì)應(yīng)的埋深為85m、95m;在地表51~53號(hào)電極之間可見有塌陷坑,結(jié)合地表現(xiàn)象解釋推斷該低阻區(qū)為采空區(qū)位置。

        將物探斷面圖中電阻率小于1Ω·m的低阻區(qū)解釋為采空區(qū)的依據(jù):首先,調(diào)查區(qū)內(nèi)煤礦均為停產(chǎn)多年的老窯,通過走訪和資料查閱得知,在煤礦正常生產(chǎn)期間有小規(guī)模涌水現(xiàn)象;其次,地表可見有串珠狀塌陷坑,且在物探反演斷面圖中的低阻區(qū)與地表塌陷坑位置相對(duì)應(yīng)。

        通過對(duì)7條剖面的分析和采空區(qū)特征的總結(jié),將7條剖面做成三維斷面圖,通過圖1所示的三維斷面可以看出,調(diào)查區(qū)內(nèi)的采空區(qū)分布在南北兩側(cè)且在東西向有較好的延伸。通過鉆孔驗(yàn)證,高密度電阻率法推斷的采空區(qū)位置與鉆孔驗(yàn)證的位置相符。

        6 結(jié)語

        通過本次勘察工作,可以得到以下結(jié)論:

        經(jīng)過對(duì)7條剖面的認(rèn)真分析、反復(fù)解釋,結(jié)合已知的地質(zhì)資料確認(rèn)了調(diào)查區(qū)內(nèi)采空區(qū)的位置及分布。采空區(qū)具有東西向較好的延伸性,西側(cè)埋深85m~95m,東側(cè)埋深110m~120m;就其形態(tài)而言,東西兩側(cè)較寬,中部較窄,呈“葫蘆”形分布。

        高密度電阻率法在老窯采空區(qū)勘探中是可行和適用的。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 李金銘.地電場(chǎng)與電法勘探[M].北京:地質(zhì)出版社,2005.

        [2] 韓錫勤,程邈,林松.高密度電法在某防空洞勘探中的應(yīng)用[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué),2010,30(4):165-166.

        [3] 王成,程建華,孟方,等.中國區(qū)域地質(zhì)志·寧夏志[M].北京:地質(zhì)出版社,2017.

        [4] 李天斌.寧夏南部弧形推覆構(gòu)造帶特征及演化[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào),1999,5(3):22-27.

        [5] 張鳳祥,張弘,馮磊,等.高密度電阻率法在某采空區(qū)勘探中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù),2019,6(4):52-53.

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