综合物探方法在积水中的应用探索的多层采空区综合我的

文摘

我在大同煤矿是一个集成。目前,有采空区上部和下部煤层开采的一部分。有很多积水采空区,这对生产有很大的潜在的安全隐患。为了找出采空区积水的范围和位置,综合地球物理勘查方法结合瞬变电磁法和高密度电阻率法用于开展研究。首先,时基,断开时间,接收延迟,目前,叠加的时候,和其他参数的仪器测试已知采空区表面获得最佳仪器参数,用于验证和参数的可行性研究方案;然后,瞬变电磁法用于大面积表面的探索,发现疑似采空区积水区,通过综合分析及高密度电阻率勘探中安排疑似采空区积水区。根据所得结果,采空区积水区域的范围和位置通过综合分析准确定位。结果表明,有两个采空区积水地区勘探区域,这是目前8 #煤层上方的开采;采空区积水区域的范围和位置可以准确地利用综合地球物理方法获得高密度电法和瞬变电磁法。这种方法可以提供参考在大同地区矿井水防治,有很大的现实意义,以确保煤矿安全生产。

1。介绍

生产集成矿山、地质资料的缺乏会造成很大的隐患安全生产(1]。同时,当煤矿一些小煤矿合并和重组,大部分的这些小煤矿开采技术相对落后,和保存的地质数据的参考价值较低2,3]。因此,煤矿生产建设的紧迫任务是解决水损害问题在老煤矿的采空区4- - - - - -6]。2020年11月29日,突水事故发生在湖南省Yuanjiangshan煤矿,中国,由于超深水和跨境急倾斜煤层的开采,的共同作用下,岩石在上部采空区压力和水压力。类似事件表明,水文地质条件没有准确把握,盲目开采煤矿有很大隐患(7,8]。Zuoyun Caoduogou煤炭工业有限公司,山西煤炭进出口集团是一个集成矿山地质历史数据较少,因此,调查我的洪水是首要任务。目前,有很多方法来选择矿井水损害的具体问题。不同的专家和学者进行了深入的研究从不同的角度探索技术和方法。Zhang et al。9,10发现可疑和关键领域通过地球物理勘查方法来更准确地获得采空区和水文地质条件。温家宝et al。(11)采用了高密度电阻率和瞬变电磁法和其他地球物理方法进行了理论研究和工程实践在采空区水破坏的问题,发现一套浅水文地质条件的探索的有效手段;易(12,13)进行瞬态电磁干扰测试,优化测试,为浅埋深和电响应特性分析采空区,这改善浅水文地质瞬变电磁法勘探的准确性。从上面的研究成果,许多专家和学者进行了很多研究在地球物理勘查,但研究结果集中精力解决一个特定问题。本文利用综合地球物理勘查方法,瞬变电磁法,高密度电阻率法,我们可以找出采空区积水的情况,使煤矿计划和安全生产的参考。

2。技术原理

2.1。瞬变电磁法

瞬变电磁法的原理如下:一个不接地的供电线圈,该线圈可以产生脉冲磁场,媒介兴奋后的检测方向会产生涡流(14),当脉冲间隔,涡流不会立即消失,因此涡流的存在,会产生一个新的磁场的介质,和新磁场的信号可以接收到另一个不接地的线圈或接地电极。(15- - - - - -17]。由于结构的异同,含水率,规模,电阻率,和其他因素的地下介质的衰减特征二次感应电磁场是不同的,所以地下介质的属性和空间分布模式可以判断18,19]。技术原理如图1。

瞬变电磁法是最敏感的方法在提高探测深度和寻找低阻地质体在高地区。它有自动消除的优点主要噪声源,没有地形的影响,结合在同一点,观察最佳耦合的检测目标,强烈的异常反应,简单的形状,和强有力的决议。常用于水轴承地质的调查,如岩溶洞穴和渠道,煤矿采空区,不规则的深层水轴承结构(20.,21]。

2.2。高密度电阻率法

电法勘探的工作原理是,每一层的电阻率是不同的,由于不同的岩性;当电流传输到地下,地下地质条件的变化是由观察电阻率的变化受到测量电极(22,23]。通过理解特点反映在电气测量曲线的结构状态,电性质、地质构造的规模可以分析(24]。高密度电阻率法结合了电剖面法和电测深法;地质解释的地电断面测量地图可以快速、准确地通过各种参数得到相应的处理程序和自动反演成像。通常使用在许多工程勘探领域,如工程地质调查的主要网站,坝基和码头的选址、采空区、和地面裂缝检测(25]。高密度电阻率法的优点是,通过安排一个布置测点的位置可以改变通过仪器控制,然后通过增加供电电极和测量电极的距离在同一测点,检测距离可以加深。因此,视电阻率的变化规律,从近到远在同一测点的检测方向可以掌握26]。技术原理如图2。

3所示。水文地质和地球物理特征

3.1。水文地质

煤矿主要由八个乡镇矿山,包括两个矿井关闭。该矿位于大同城市以西34公里,面积10.1028公里²。层的平均厚度为131.45 m,煤层总厚度是11.60米,和煤炭轴承系数是8.82%。5^#,8^#,8^−1#,8^−2#,11^#,14^#煤层的侏罗纪大同授权被开采,形成的平均埋深8^#煤层是93.34米。目前,煤层5^#,8^#,11^#,14^#煤矿的主要开采出来,有大量的积水采空区的低洼地区。在下一步中,煤层和8^−1#和8^−2#计划已被敌军布上了地雷。每个煤层的顺序从上到下是5^#,8^#,8^−1#,8^−2#,11^#,14^#。

勘探区是一个长期的地带面积380 m×1040 m,面积0.3952公里²。如图3,探索区域属于黄土高原的温柔的丘陵地区,和该地区地形一般高在西部和东部低。

3.2。地球物理特征

地面勘探区域的工作环境是复杂的。虽然相对高度差只有68.2米,有一个黄土冲沟和六个高压电线与不规则分布测量线。肤浅的表面的地球物理条件是复杂的。

每个煤层和围岩的电气参数如表所示1的视电阻率可以看出,岩层的岩性和岩石颗粒大小呈正相关,不同岩性岩石的视电阻率与密度呈正相关,煤层和岩层的电特性显著不同,视电阻率的区别是高达2 - 3次,煤层是最高的。

4所示。现场试验和工程应用

瞬变电磁仪检测使用的仪器是IGGETEM-30B WDJD-2高密度电阻率测量系统。

4.1。现场试验

以下4.4.1。仪器参数测试

根据表面勘探区域的地质条件,选择单点实验第三行40测点的勘探领域(它是已知采空区上方的煤矿8113工作面)。控制变量法用于比较不同参数下的衰减曲线,然后确定适当的仪器参数。

(1)基于时间的测试。的前提下固定发射线框15 m×30 m,断开时间是75年µ年代,目前是7.5,接收延迟叠加乘以512,是250µ年代和Log14,时基测试20和40毫秒女士分别,结果如图所示4。可以看出V(t)/我20 ms和40 ms衰减曲线基本上是相同的,但是因为有一些干涉勘探地区和检测煤的层深,时基选择是40毫秒。

(2)断开时间测试。的前提下固定发射线框15 m×30 m,时基40 ms,目前是7.5,接收延迟叠加乘以512倍,是250年µ年代和Log14,三个测试与断开时间50µ75年代,µ90年代,µ进行,结果如图所示5。据图分析5 (b),V(t)/我75年衰减曲线µ年代和90µ年代后期的回应,而V (t)/我衰减曲线50我们早期明显更高。的V(t)/我75年衰减曲线µ年代和90µ年代基本相同;因此,断开时间确定为75年µ年代。

(3)接收延迟测试。在固定的前提下,发射线框15 m×30 m,断开时间是75年µ40年代,时基女士,目前是7.5,和叠加乘以512倍Log14,三个测试接收延迟时间为200µ250年代,µ300年代,µ进行,结果如图所示6。可以看出,总体线性的V(t)/我衰减曲线是好的时期末,和V(t)/我衰减曲线的200年美国在早期表现为直线部分,主要是由于成分的主要领域。的V(t)/我250年衰减曲线µ年代和300µ年代基本上是相同的,V(t)/我250年衰减曲线µs是更好的。

(4)电流测试。在固定的前提下,发射线框15 m×30 m,断开时间是75年,时基40 ms,接收延迟是250µ年代,叠加倍512倍Log14,两个测试传输电流的3.7和7.5,结果如图所示7。可以看出,因为3.7的存在干扰电流衰减曲线有明显的拐点,和V(t)/我衰减曲线7.5比3.7更好。

(5)叠加次测试。在固定的前提下,发射线框15 m×30 m,断开时间是75年µ40年代,时基女士,接收延迟是250年µ年代,电流为7.5 A和Log14,三个测试与叠加256倍,512倍,1024倍。测试结果如图8。一般来说,如果衰减曲线平滑,这需要一个足够高的叠加。考虑到工作时间,叠加时间确定为512次。

它可以发现采集电压的值密切相关断开时间和延迟时间但没有与电源电流的关系。最后,仪器参数线圈采用15×30 m“∞”形状循环,发射电流为7.6 a,时基40毫秒,叠加号码是512,断开时间是75年µ年代,起飞时间是Log14,接收延迟时间是250年µ年代。

4.1.2。方法有效性测试

选择已知采空区水区域,设置测试线300米,使用选择的参数测试仪器参数,使用15×30米的线框“∞”类型重叠循环,和测试结果如图9和10。可以看出,有一个明显的高值异常23-37点(红色框),异常幅度很大,符合已知采空区积水区域的位置。在图1022-36点、轮廓线(红色框)显示明显的低阻异常,和积水区明显反映,表明使用测试设备和仪器参数的影响在这个探索区域是好的,和采空区的积水是显而易见的。同时,可以看出,瞬变电磁法的反演深度结合已知的数据可以达到超过200,和采空区层可以进一步确定煤层的深度。

4.2。工程应用

总共20勘探地区测量线路设计;每一行都是1040米长,20米。53测量设计点是在每个测量线,间距是20米。南边的勘探面积是1号线,依次排列。每一行的西区1号测点,安排在东。线的布局图所示11。

首先,使用瞬变电磁法进行完全覆盖勘探勘探区确定疑似积水区,然后是高密度电阻率法进行疑似积水区域的位置。高密度电阻率法的用途α安排如图12。观察点之间的距离是10米,测量通道的数量是60岁,渠道之间的距离是10米。的横截面,该方法获得的检测结果是一个平的“U”型。时间参数的选择如下:电力供应时间是2000 ms,断电延迟是200 ms,供电电压是500 V,电源电流400毫安。

5。数据处理

5.1。分析典型的测量线路

几个测量线明显的电变化,如5、6、9、13日和20日被选来分析他们的多通道电压概要和视电阻率剖面(见图13和14)。可以看出有高电压和低阻异常(红色椭圆)在1 - 5点5测量线,28-31点6测量线、23-30点9测量线、25 - 28点13测量线和19和20测量47分线。低阻异常区基本上是1170 - 1180,这是推测的反射采空区水8^#煤层。其中,15 - 25点13测量线(蓝框)空气坑工业区,有数据丢失;因此,高电压和低阻异常区不再分析。

5.2。分析典型的平面图

根据海拔高度和厚度煤层的开采区域,计划24日和28日等于电压值的测量通道(见图15)选择分析电压变化。结合典型的测量线的图纸的分析,可以看出,主要有两个异常区域的高电压(超过40紫外线)勘探区域,这是22-32 4-17测量线路和1 - 5测量的测量点分2 - 6的准绳。因为没有干扰在地面上,它是被推断出来的采空区积水的地区。计划的同时,电压值相等,28日测量通道的电气性能类似于24日测量通道,但高电压的异常值越小,但仍超过20紫外线;这表明结果是准确的。

由图8的视电阻率的计划^#煤层(见图16),它可以得出结论,该地区低阻基本上是对应于高电压的电压值相等的计划24日和28日测量通道。所不同的是,该地区低阻西北角的增加,和分析的增加主要是由于地形的西北角落勘探区域。

5.3。高密度电阻率法的数据分析

根据疑似采空区积水地区,高密度电阻率法在16-45安排6点测量线和25分做测量线,和视电阻率反演模拟部分的地形测量线绘制(见图17)。可以看出,有大量低电阻率异常的轮廓线1170 - 1180 m,对应28-31测量学报》第4 - 14分和测量线,这基本上是一样的异常反映在瞬变电磁法。

5.4。全面的解释

的计划等于24日测量通道的电压值,异常高值出现在22-32分4-17准绳和1 - 5分的2 - 6测量线,异常幅度很大。8的视电阻率的计划^#煤层,低电阻率的反应发生在8 - 22点的测量线和3 - 6测量线的1 - 5分。同时,在视电阻率剖面高密度电阻率法的地形,低电阻率异常区域反映基本上是与瞬变电磁法的探测结果一致。结合地质资料和表面状况,综合推断,这两个区域是采空区水面积8^#煤层和水域的位置如图18。与此同时,有一个空气坑工业区的勘探区域,无法衡量;有许多干扰因素如铁磁材料和高压线路,这可能会带来多个解决方案,数据处理和对结果的准确性有很大的影响。

6。结论

(1)首先,使用瞬变电磁法进行勘探勘探区域的全覆盖,然后是高密度电阻率法进行了疑似采空区水区域,这可以确保地球物理勘探结果的可靠性。(2)利用综合地球物理勘探方法,两个采空区积水的地区大范围测量与多层采空区矿井。根据他们的位置和高度,推导出这两个采空区积水区域都位于8^#煤层,位于上部煤层的开采,为煤矿安全建设提供可靠的参考。(3)当有建筑如空气坑工业区或高压线路勘探区域,周围一定范围内的电磁场,这有很大的影响在以上两种地球物理方法,可以结合其他地球物理方法如地震勘探勘探结果更准确。

数据可用性

使用的数据来支持这项研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(51704275)、《中国博士后科学基金项目(2020 t130697和2019 m661994),山西省的重点研发项目(201903 d121070),大同城市的重点研发项目(2019024),和山西大同大学的特殊研究项目(2020 ygzx015)。

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