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第二编 不同物探内容的试行标准第三章 听测仪器的工作方法DTY型地电探测仪是凭人耳听声音辨别岩性和电性界面的听测仪器。最初在煤田上应用，后来发展到仪器自动采集电压数据的视测仪器。对于听测仪器来讲，工作人员凭借人耳来辨别音响的变化，确定地下物性层的埋深和厚度。在一个工作区内，当积累的经验丰富时，还可以确定物性层的岩性，这部分研究内容往往因人而异，有时容易引起误判。所以，后来只要求工作人员能够确定是不是电性界面，电性界面的深度有多深即可以了。对于听侧的资料进行地质解释，一般要借助工作区内已知钻孔中的煤层或某些标志层的埋深和厚度，依据工作区的地质规律进行解释，反而不容易出现误判。第一节 被动源电磁波法中的新概念 由于这种物探方法不同于人工主动源法，所以必须引入一些新的概念，便于人们认识和掌握这种物探方法。 电性层：这里是指电阻率相近的物性分层。同是一个岩性层，电阻率往往因物质成分、粒度的大小、胶结物的不同、含水量的不同而显示出不同的电阻率值，因而有不同的电性分层。反过来，同是某一个范围的电阻率值，但有可能是不同的岩性。因此，该种物探方法也和其它物探方法一样，存在着多解性。 电性界面：是指两个电性分层的分界面。该电性界面有时是岩性界面。 岩性界面的分辨率：当上、下两个电性分层的电阻率有明显差异，下面的电性层厚度又大于1m时，该仪器可以确定这一电性界面的深度。借助已知地质资料，可以由已知到未知，对其上、下两个电性层位进行地质解释，赋予相应的地质内容。 这里所说的分辨率是指仪器探测出的岩性界面数占钻孔资料揭露的岩性界面数的百分比。很显然，钻孔中提取上来的岩芯对岩性界面划分得越粗，该仪器分辨率就越高，反之，则越低。一般，该仪器对主要岩性界面的分辨率为80%左右。 岩性界面的可信度：它是指仪器探测出来的岩性界面（这些界面都能被钻孔资料所证实）占仪器探测的电性界面数的百分比。同理，当钻孔中提取上来的岩芯对岩性界面划分得越粗，该仪器分辨率就越低，反之，则越高。一般，该仪器对主要岩性界面确定的可信度为75%左右。探测精度：该仪器的探测精度使用的是绝对误差。这种误差来源于两个方面，其一，在旋转仪器旋钮时，读数与手动造成的误差；其二，场源中一次场出现后引起的干扰变化。前者误差多在13m之间变化，后者可能在几m到十几m之间变化。这种误差不同于其它物探方法使用的相对误差，它与探测深度无关。重复性：对于听测仪器来讲，是指在同一个地点不同时间听测地下的岩（电）性界面具有可重复性。一般，一个人听测，或两个人同时听测，重复的岩（电）性界面数在70%以上。电性界面的可信度：它是指仪器探测出来的岩性界面（这些界面都能被钻孔中的电测曲线所证实）占仪器探测的电性界面数的百分比。根据我们在铜川矿务局金花山矿829钻孔测试的结果，对照电测井曲线进行统计，其可信度在95%左右。反射系数：是指进入地下的电磁波遇到不同的电性界面被反射回地表时，反射量占入射量的百分比，通常以字母来表示。电磁电阻率：是指视测仪器依据实际测量的电压值通过数理方程转换成不同深度物性层的电阻率，电磁电阻率与传统物理学中的电阻率不同点在于，传统物理学中的电阻率是指电子通过导体时的物理性质，而电磁电阻率是指超低频段的电磁波通过导体时的物理性质。第二节 工作方法该种物探仪器的工作方法分内业与外业。一般在煤矿上，外业测量多按测线式开展工作。首先沿煤层走向布置一条联络线，然后再沿煤层倾向布置若干条测线。先测量联络线，解释出各倾向测线煤层的埋深和厚度，再从各倾向测线的见煤点处向两侧追踪煤层的厚度和埋深。测线间距视现场要求而定，测点间距一般比较固定，点距在1020m，主要是控制23米的小断层或冲刷带；点距在5m左右，主要是控制无煤柱（陷落柱）；点距在0.52m，主要是寻找地下过水通道或小窑巷道。外业一般要求用精密仪器（经纬仪或全站仪）进行地形测量，1000m左右的测线的高程误差小于0.5m，水平误差小于1.0m 。测量时可根据地形变化情况，确定测量点距地形平坦高差渐变时，4050一个测量点；地形变化复杂时，要在地形变化较大的点处布置测量点，测量点距无具体的限制，可用图来说明这一点。通过地形测量需要提供下列资料：1、各测点的标高。2、测点间的平距。3、测线方位角。4、测线起始点和终止点的坐标。测量完成以后，要认真检查测量资料的准确性。可粗略地用地形图大致对照一下，看高程出入较大，如相差较大，应查明产生的原因。在测量人员进行放点时，地电探测人员应做好野外探测工作的准备，给仪器充电，检查DTY2型仪器是否能正常工作，DTY3型仪器采集程序是否有问题（一般要试采一次），同时根据测量资料和已掌握的地质资料，做出各测线预想剖面图，以便确定个剖面线上各点的测深范围，并通过以后的实际探测解译资料不断进行修改和更正。开展测量工作之前，要在已知钻孔旁侧或地下巷道的地面位置上，进行仪器性能标定。听测仪器，要求每个工作人员对岩性界面分辨率、可信度听测的水平都要在75%以上，两个人在一个点听测后，综合效果要在80%以上，才能开展工作。否则，就要在已知点位上进行听力训练，或是检查仪器。为了保证第一手资料的准确，必须做到以下几点：1、听测人员要集中精力认真分辨电信号的强弱变化，明显的、不明显的、及可疑的界面要区别开来，告诉记录人员，凭长期积累的听测经验试对岩层岩性，主要地质界面可作初步判断。不清晰有疑问的界面要反复听测，并遵守操作规程，保证听测资料准确无误。2、记录人员要按记录格式准确无误记录听测资料，不清楚要询问听测人员，要做到记录整洁。3、听测工作过程中记录下各测点间相对高差的变化，如测点间高差较大而无法估计时，可在以后用经纬仪测定。4、每个测点至少听测两次，且由不同人员进行。一般一个人听，一个人记录。各测点的标高和相邻两点的水平距离要记录清楚，并划出草图。野外记录在内业初步解释的基础上，个别点需要重新测量或补测少量测点。内业包括室内资料整理、编辑、处理、作图、资料解释、最终成果图件绘制、报告编写。下面介绍听测仪器的资料整理与作图。地电探测资料的解译是一项复杂且经验性较强的工作，对资料能正确地进行地质解译不仅需要科学的态度，而且依赖于一套严谨的工作方法。对于不同知识水平的人或不同的解译方法。可能得出不同的结果。但只要按一定的解译方法去做，就可以得到比较一致的结果。野外探测结束回到室内，首先应将个测点不同深度的电性界面反映在1；200或1：500比例尺的图件上，可分如下几步完成：（1）、根据各测点的高程和平距，在坐标纸上画出该剖面的地形线。（2）、按照测点间距，在坐标纸上标出各测点的电性界面点。标点时要注意野外各测点记录的相对高程和地形测量点的相对高程的出入，有的可适当均差，出入较大时要进行核实或重复工作。各测点上的电性界面点点完后，即可将钻孔（巷道）资料提供的煤层和主要标志层的深度、厚度转绘到该测线对应起点处，接着就可以进行连层分析，连层分析方法有以下几种方法：（）、单一层位（标志层）追踪法此方法是在已知地层倾角及大致倾向的情况下，根据岩层（标志层）的厚度，上下电性层界面点的重合性及听测时的音量相对大小关系进行连层。但出现断点时，可考虑是否由断层或相变引起的。（）、层组追踪法分析各测点处几个标志层的电性层组的关系，从起点处由近及远地进行层组连层分析。（）、确定断层的模板上下移动法当单层或层组连层出现断点时，可在此点两边用坐标纸将电性点描下，把两侧的资料上下错动对照，可确定是断层以及断距大小，还是相变。另外，对于陷落柱，由于塌陷区岩层破碎，电性界面点分布紊乱，连续性较差，两侧有时均沉在边界断层，由此可识别之。连层与解译是一个不可分割的整体，怎样连层才合理，要依据研究的地质内容而定。根据我们两年多的工作体会，在解译时，一般至少要两个标志层之间所有的电性层，对其变化进行综合考虑。野外作业完成以后，应对当天的探测资料进行解译，确定第二天的探测任务（包含继续前一天的探测工作和补测工作）。资料解译一般由钻孔处开始，然后再由近及远逐步向前推进，就可将测线上面的煤层厚度变化、含水灰岩层、小断层、断层破碎带、陷落柱解释出来，图31是该方法解释的地质剖面。对于可疑区段或确定的断层部位，要进行重测或补测，以便控制断层的走向或有无。通常工作区要有一到两条联络线，通过联络线将各测线的地质内容统一起来，同时也是对各测线的解释成果起到自检作用。将各测线的地质内容解释出来，就可编写工作区各测线地质剖面图、各测线分布平面图、工作区构造分布平面图、煤层厚度等值线图等地质图件，最后编写物探研究报告。对于确定小断层、地下过水通道、岩溶发育带、小煤窑巷道位置等听测仪器比视测仪器解释的精度高，具有唯一性。因此在SYT法探测过程中，在一定地质条件下，视测仪器不能代替听测仪器，二者结合起来效果更理想。图31 听测方法解释的地质剖面第四章 煤田地质、构造的探测第一节 煤层厚度的探测追踪煤层厚度的变化，在工作区内一般以測线的方式开展工作。首先沿地层的走向布置一条测线作为联络线，便于解释其它倾向上的测线煤层的埋深和厚度。然后根据需要在倾向上布置若干条测线。测线、测点的间距根据物探工作的任务、要求和工作区内煤层的稳定性、构造的复杂性而定。由于目前仪器探测的步长是一米，所以控制煤层厚度的变化一般要求煤层厚度在2米以上。对煤层的厚度进行控制，利用听测仪器其探测精度有时比视测仪器相对要高。下面的图41、42就是听测仪器控制煤层厚度变化的具体实例。图41 追踪煤层厚度变化图42 研究煤层尖灭的实例图41是在澄河矿务局董家河煤矿做的试验。图中的点是工作人员听测时判断出的电性界面深度，地质人员结合地质资料、该地区的地层倾角就可对剖面上的相邻电性界面点进行连线解释。图中的连线是解释的电性界面深度，对照已知地质资料对解释的电性层再赋予相应的地质内容。图41中的1号点位是钻孔，从图中的第6电性层的厚度埋深分析，与钻孔资料中揭露的煤层厚度埋深一样，因此可以将该层解释成煤层。据此根据地层倾角由近及远地向前解释，到6、7号点位时，煤层的上下顶、底界面已经合并成一个点，判断在这两个点位附近煤层尖灭。10号点处的钻孔揭露没有发现1号点位处的煤层，说明该煤层在中间已尖灭。图42是在铜川矿务局金花山矿2201综采工作面作的试验。探测的成果后来经过井下掘进，与实际的煤层厚度与尖灭情况基本一致。图43是视测仪器控制的煤层厚度变化剖面图。图43 研究煤层尖灭的实例该图为MDCB三维天然电磁波勘探仪在2005年11月在峰峰矿务局梧桐庄煤矿探测的14条剖面中的一条剖面。从图中看根据曲线的形态确定煤层的层位没有问题，但煤层厚度的变化有时解释起来很困难，不具备唯一性，特别是当地面测点标高不准确时，解释的精度更差。另外当煤层厚度远大于2米时，曲线和柱状与实际煤厚不是完全现实煤层呈高阻的特征，这一点要特别注意，有的可能是煤层中的夹矸，有的可能是由于煤层本身结构、构造等因素引起的。图44、5、6是在钻孔旁侧建立的地质模型。在该工作区内煤层显高阻层，个别煤层附近受构造影响岩层破碎充水时，也显低阻特征。图47、8、9是在山西曙光煤矿追踪煤层厚度和埋深的剖面图。从图中可以看出，当测点间距在30100米时，该种物探方法结合地质规律很容易对煤层的埋深和厚度进行追踪。 图45 在钻孔旁侧建立的地质模型图44 在钻孔旁侧建立的地质模型图46 在钻孔旁侧建立的地质模型图47 在钻孔旁追踪煤层埋深和厚度的地质剖面图图37 在钻孔旁追踪煤层埋深和厚度的地质剖面图图48 在钻孔旁追踪煤层埋深和厚度的地质剖面图图49 在钻孔旁追踪煤层埋深和厚度的地质剖面图第二节 煤层中小断层的探测1 短测线对小断层的探测追踪煤层中的23米的小断层，利用听测仪器探测的精度同样比视测仪器要高，准确，解释的成果基本具备唯一性。图410是研制的DTY-1型地电探测仪首次在山东肥城矿务局探测断层时，依据听音响辨岩性的工作方法探测时的野外记录成果图。用该种方法探测的两条小断层的断距与井下揭露的断距完全一致。现场测试采取背靠背的方式，工作人员边听边记录，最后解释出该地质剖面。有关听测仪器的工作方法在舜论与天然电磁波法勘探一书第8章中有详细介绍。图410 DTY-1型地电探测仪在山东肥城探测断层时的野外记录图411是在峰峰矿区羊角堡煤矿探测的一条剖面，后经回访。井下揭露的断层与探测的实际情况一致。图412是在峰峰矿务局万年矿作的一次试验，后经开挖的巷道验证，图中的断层和塌陷都已得到证明。图411 小断层探测实例之一图412 小断层探测实例之二2 长城煤矿对煤层厚度追踪和小断层的探测2007年在蔚县完成了长城煤矿追踪煤层变化、确定小断层的科研项目。下面是研究报告部分内容。长城矿业公司井田内ch1、ch2井所在区块以南地区，地形、构造较为复杂，地层相变较大，除了在掘进过程中对某些巷道部位揭露的煤层进行了控制以外，没有其它可供参考的资料。为此邯郸矿业集团长城矿业有限公司决定邀请廊坊市安次区龙港科技开发公司使用SYT法对工作区内4、5号煤层的埋深、厚度和5米左右的小断层进行探测控制，以便查清工作区内煤层的物探储量，并为开采工作面设计提供较为可靠的物探、地质依据。2.1 室内资料各测线研究成果在室内研究SYT法的处理资料，根据已知地质资料对物探成果进行解释时，主要遵循如下原则：（1）、煤层的解释：测点中的曲线右偏；物性柱状层位中显高阻特性，无带颜色的短竖线；在已知见煤点附近解释的煤层埋深、厚度与提供的数据基本一致；煤层的层间距在变化范围内；解释的煤层层位在横向上相对稳定；厚度变化基本呈透镜状；在采空区、巷道附近，煤层的层位上、下岩层的物性显低阻特性。（2）、按照地层产状对主要标志层进行追踪，追踪的煤层层位在相应的深度上突然消失，一般遇到断层。断层的通过点一般显地阻特性。（3）、显地阻特性的层位有规律地分布，一般根据当地特殊的地质时期内有火山活动这一地质条件，可以解释成侵入岩体或矿化带。（4）利用相邻点位不同标志层（还要考虑层间距之间的关系）曲线、柱状特征确定煤层的埋深和厚度。（5）对于构造部位或有采空区通过的点位附近，当上述解译原则不适用时，要以地质规律为主进行特殊解译。A测线解释成果图413是A测线的探测结果。从图中可以看出， 4、5号煤层的煤厚在该测线比较稳定，由于5号煤在1-9号点位是采空区，因此对该层位电磁电阻率的物性显示低阻特征，这是由于这部分的地层原生地应力受到破坏的缘故。4号煤层从3号点到10号点煤层厚度逐渐变薄，到11号点尖灭。在1280-1250米、11901150米深度段之间出现的低阻层位，有可能是含水层，但还要继续作工作。图413 A测线解释剖面成果图B测线解释成果图414是B测线的研究成果。从图中可以看出，4、5号煤的厚度在该测线比较稳定，4号煤层在b8b3点之间厚度略大于5号煤层，其后4号煤层起伏变大。在b2点以西地层倾角较缓， 在56度。b2点往东，倾角在12度左右。图414 B测线解释剖面成果图 C测线解释成果图415是C测线的研究成果。从图中可以看出，4号煤层的煤厚比5号煤层比较稳定。并且厚度略大于5号煤层。在该剖面中出现巨厚的低阻层，个别部位穿越地层。对于这种低阻层，根据我们以往的经验，见图416，作为该地区地下侵入岩体解释。从该剖面出露的侵入岩体形态和赋存部位来看，基本上解释了这些地层上部出现的断层成因。有的因为侵入岩体的出现，造成部分地层抬升，形成正断层，有的形成逆断层。该测线解释出9条断层。DF1 断层断距在1317米，倾向南东，倾角67 左右；DF2断层断距在9-11米，倾向北西，倾角64左右。DF3 断层断距在3-4米，倾向南东，倾角73 左右；DF4 断层断距不详，倾向北西，倾角72 左右；DF5断距不详，倾向南东，倾角70 左右；DF6为逆断层，断距在2米左右，倾向北西，倾角76 左右；DF7断层断距在8米左右，倾向南东，倾角73 左右；DF8断层断距在12米左右，倾向北西，倾角62 左右；DF9断层，倾向南东，倾角45左右；断距在58米左右。该剖面右上方，将回风上山巷道内揭露的断层标出，与该测线见到的断层进行对比。从煤层下面揭露的侵入岩体看，很好地解释了为仕么在回风上山300米以后小断层连续出现，最后在井下的斜后上方、斜前上方、斜前下方、垂直方向打钻都没有见到煤层的原因。图415 C测线解释剖面成果图D测线解释成果图416是D测线的研究成果。从图中可以看出，5号煤层在该剖面基本尖灭，只是D3点图416 D测线解释剖面成果图位附近煤层厚度在1米左右。这条测线解释的断层DF10，断距8米左右，倾向北东，倾角63左右。断层右侧4号煤层不是采空区，就可能是侵入体，因此改变了煤层的物性特征。其它测线解释成果从略。2.2 对于区内各测线解释的断层和褶皱，在煤矿主要从煤层底板等高线图上来反映。此次工作主要研究的煤层为4、5号两个煤层。4号煤层在工作区东北部缺失，其煤层底板等值线图见图417。5号煤层在工作区保留基本完整，见煤层底板等值线图418.。2.3 区内煤层厚度等值线图简述工作区4、5号两个煤层的厚度等值线图如图419、20。图417 4号煤层底板等值线图图418 5号煤层底板等值线图图419 4号煤层厚度等值线图图420 5号煤层厚度等值线图3牛西矿研究井田中的小构造在煤矿井田范围内，研究工作区内的小构造，除了布置主测线（测点间距一般按20米左右）和辅助测线测量之外，还可以根据工作区内所有测点的测量资料选取某一深度段的地层（一般该深度段要包括主要煤层）作地应力等值线图来确定断层的位置和走向。在地应力等值线图上解译断层的原则一般为：地应力等值线出现拐点后的延伸方向；地应力等值线结构明显分区的部位；地应力等值线拐点与拐点连线的部位；地应力等值线突然出现凹陷的部位；下面的图421就是牛西矿作的地应力等值线图圈定的部分断层位置。该图作出之后，再将地形等高线图套在其上，对其断层走向进行修正，区内一般较大的断层基本就控制住了。图421 牛西矿200300米深度段地应力等值线图第三节 煤层中无煤柱（陷落柱）的探测探测煤层中的无煤柱，利用听测仪器探测的精度同样比视测仪器要高，准确，解释的成果基本具备唯一性。2005年11月，利用MDCB三维点燃电磁波法勘探仪在峰峰矿务局梧桐庄矿3号异常区进行了探测。图421至423是研究煤层中无煤柱（也称陷落柱）的具体实例。图422是在晋城矿务局凤凰山北风井的地面上探测地下陷落柱的具体位置。1988年9月14日下午3点多钟，作者与地电组其他2名同志和矿务局及矿上技术人员一起进入现场。矿上的技术人员根据他们掌握的资料首先在地面上布置了一条125m的测线。在测线的起始点告诉了我们的工作人员探测的深度段以及煤层的图422 陷落柱探测实例之一埋深和厚度，然后让我们探测陷落柱的有无或具体位置。整个探测工作进程如下：在1号点位，2名工作人员各听一遍，分别报出所听到的电性界面点的深度。由作者将其深度标在坐标纸上，根据界面点重复的遍数，确定了1号点位煤层的埋深与厚度以及煤层上下几图423 学员现场听测的成果图个主要的电性界面点。据此，开始往下追踪1号点位上所确定的各电性界面和煤层。一边探测，一边往图上转点，一边解释，很快发现陷落柱的大体位置。从图中可以看出，在57号点位处，所听到的电性界面点明显增多而且无规律，这是由于陷落柱内岩层塌陷后破碎的岩块反射所造成的，在陷落柱的两侧完整的岩体和煤层则显示出有规律的地层结构。5点多钟，整个探测工作结束。探测的结果与井下揭露的陷落柱边界完全一致。图423是1989年5月14日由我们培养的学员（高中毕业生）听测的。他们无地质知识，只是上午在钻孔旁侧训练听力，判别什么样的音响变化是电性界面点，经几次试听，对岩性界面的分辨率和可信度达到80%以上。下午两名学员就去现场，在我们的工作人员上午作的剖面线上独立开展工作，晚上告诉他们内业工作的程序和作法以及如何连层进行地质解释。两名学图424 工作人员测量的成果图员独立完成了全部内业工作。图424是我们的工作人员测量的成果图件。2004年峰峰矿务局梧桐庄矿182106工作面经过三维地震勘探，圈出十几个异常区。其中3号异常区是否存在导通奥灰水的地质、水文条件，经过地面物探、钻探和井下钻探后，矿上所谓地质人员对于是否是陷落柱认识不统一。2005年11月利用刚刚研制出来的三维地震勘探仪对异常区的范围重新进行探测。经过对DTY法、SYT法物探成果综合研究后，认为是一组发育的小断层（见图425）。在图423中，将探测的小断层和后来井下探孔揭露的岩层破碎、出水点转绘到图中，可以看出，如果是陷落柱，按照一般的常识，在陷落柱内的岩石应该是坍塌后破碎岩石的松散堆积，那么在陷落柱内就会到处充水，而不会出现5号孔见到第一个破碎带位置后，再继续钻进到某一深度后，才又见到第二个破碎出水带、第三个破碎出水带。图424是井下钻探9个剖面中的第1、2、5号探孔作的剖面。在这个剖面中，矿上的地质工作者提出预想的地质剖面，认为是一个陷落柱。图425 3号异常区不同物探方法研究的成果平面图在这张剖面中，笔者认为，从见到的几个岩层破碎、出水点的地质资料来看，如果认为前面是一个陷落柱，那么图中左边的边界可以这样确定，但三维地震勘探资料和SYT勘探报告中提交的物探研究成果都说明大煤层位是完整的，而且后来的注1孔、注2孔都见到了大煤层位，所以剖面中圈定的陷落柱顶界面进入到大煤是错误的。另外图426中所谓陷落柱的左边边界无任何地质、钻探资料可以作为佐证，而完全地质推断。怎样认识剖面中的第1、2、5号探孔见到的破碎点，将SYT揭露的小断层向上延伸，恰好是第1、2、5号探孔见到的破碎点，图中以注明出处。图426 1、2、5号钻井剖面图MDCB法三维天然电磁波勘探仪探测的电阻率曲线解释的成果再现了图426中DTY法、SYT法解释的小断层的研究成果研究成果。为了进一步验证3号异常区是小断层导水，还是陷落柱导水，笔者又使用各测线测得的每米电压值作出剖面，依据前面公式（2）的理论分析，某一深度地层的电压值基本反映该地层附近的电阻率大小和地应力大小的乘积，如果是陷落柱，陷落柱内的地应力、电阻率与陷落驻外的地应力大小是截然不同的，而且在陷落柱内不具备成层性，图427 大煤到野青层位不同深度电压值大小分布剖面图 基于这种认识，图427是大煤到野青层位电压值剖面图。从图中不同深度地层测得的相对电压值大小的分布情况看，也同样不支持3号异常区是陷落柱的观点。到2005年8月31日止，注1孔已经注了20907吨水泥粉煤灰，注2孔已经注了13135吨水泥粉煤灰，从图425中两个孔的构造位置研究解释了为什么注1孔注浆量要比注2孔注浆量大的原因。第四节 煤层附近地下过水通道的探测探测煤层附近地下的过水通道位置，利用听测仪器探测的精度同样比视测仪器要高，准确，解释的成果基本具备唯一性。单独利用视测仪器探测煤层附近地下过水通道的实例还没做过。图428、29是研究煤层附近灰岩中地下过水通道的具体实例。图428是在焦作矿务局中马村矿某钻孔旁侧作的一条测线，钻孔揭露灰岩中有一条断层，灰岩较破碎。在断层倾向上破碎带有多宽，将来应该采取什么措施，需要从物探的角度来研究，从图中可以看出，用DTY法作出的成果表明，灰岩中有一较宽的破碎带，并且在断层的上盘还有一条小断层。图429是DTY型仪器研制出来后，一开始就在肥城矿务局南高余矿注浆帷幕工程中探测4灰中的裂隙、溶洞发育带和寻找过水通道的实例，提出选择合理的注浆钻孔位置。我们在探测时，从距此90m的15孔出发，0.5m一个测点追踪灰岩及上下层位的岩层。研究灰岩及上下层位岩层的完整性和层位内是否有多余的电性界面点，如果层位不完整或错开，一般是由断层造成的，在其附近裂隙和溶洞应较发育；如果在完整的灰岩层位中，有多余的电性界面点，这个电性界面点可能是由较小的溶洞造成对电磁波反射突变形成的。根据这种认识，我们提出了在图中44、45、46三个点位处设计注浆孔较为适宜。结果在这3个点位处打钻注浆的结果如下：图428 焦作矿务局中马村矿断层中的破碎带图429 探测灰岩中的过水通道18孔4灰底界面的深度和厚度。物探的成果：深100m，厚5.4m；钻探的成果：深98.2m，厚4.79m。灰岩裂隙发育，注水泥116t。19孔4灰底界面的深度和厚度。物探的成果：深114m，厚5.4m；钻探的成果：深103.5m，厚4.73m。灰岩裂隙发育，注水泥450t。20孔4灰底界面的深度和厚度。物探的成果：深113m，厚5.5m；钻探的成果：深112m，厚4.9m。灰岩裂隙发育，注水泥398.5t。在18孔的位置，物探解释的断层与钻孔揭露的断层相同，在20孔前面，物探解释的断层与钻孔揭露的断层倾向相反，部分层位解释错了，造成解释的断层倾向相反。第五节 地下充水巷道的探测1 王台铺矿单身楼前探煤巷1988年10月，在晋城矿务局王台铺矿单身楼前探查煤巷在地面的具体位置。首先，局、矿技术人员根据井上井下对照图，在楼前布置了一条10m长的测线，让工作人员探查巷道具体位置，提供的有关地质资料是：图430 王台铺矿单身楼前探煤巷煤巷高2.5m，煤层厚1.5m，其下是1m厚的泥岩，其上是1.7m厚的灰岩，探测深度在7090m之间。工作人员按2m一个测点，在10 m长的测线上布置了6个测点，根据现场听测的资料，立刻作出了7090m的电性剖面图，详见图430。依据矿上提供的地质资料对此次物探成果进行地质解译，整个过程如下：该处地层是水平的，在7090m深的地层段内测出的电性层也是水平的，与实际地质情况相符。在81.584m处有两个电性层，上层为1.5m，下层为1.0m，而其它部位的电性层厚度则不同时具备这一条件。据此可知，这两个电性层应为已知资料中的煤层和泥岩，其上则为灰岩层位。后经与实际地质资料查对，这两层的埋深与探测的深度相同。由于巷道底界面就是泥岩的底界面，所以，在巷道通过的测点处，人耳不应听到煤层底界面的音响，而符合这一条件的只有第一测点。据此可知，巷道就在测线上1号测点下面。物探解译成果与实际情况相符。从这个实际例证中反映了如下几个方面，值得人们去深思：其一，该仪器的探测精度，在100m深的范围内，对地下电性层的埋深的绝对误差和相对误差均为零。其二，该仪器对物性层厚度的分辨率，可以分辨1.0 m厚的电性层。其三，仪器探测该深度段使用的频率是2700-3000Hz。按照传统的电磁波理论，该频段电磁波或电磁场的波长约为1.1-1103km。其四，每个测点上由3个工作人员各自听测一遍，每个测点用3分钟左右的时间。不到半个小时，整个探测任务结束。其五，如果工作人员凭人耳听测的声音不是反映地下电性层的埋深，是胡乱报的数据，那么，这次试验工作成功的概率为C204 C61分之一。类似上述探测内容，我们在焦作市公园里也做过一次，取得了同样的探测效果。2 邯郸沙果园矿过水通道的探测依据沙果园矿地质勘探报告提交的地质成果图件，井下巷道施工工作面距F7断层尚较远，不会发生断层突水淹井事故。结果在开始的出水点上出水量不断增大的情况下，于1992年7月该矿全部被水淹没。之后，我们使用了SYT型物性探测仪，凭借音响特征，直接确定出地下巷道与F7断层的具体位置，详见图431。依据我们的资料，设计施工钻孔注浆后，堵水效果达到120。后回访，矿上技术人员说，不仅堵住了淹井突水点，还堵住了原来岩层的漏水点。3 峰峰矿区孙庄矿附近小窑充水巷道探测1993年5月，孙庄矿附近的小窑被淹。地下水通过采空区波及到孙庄矿，从而增大了该矿的排水量。为了从根本上解决这一问题，孙庄矿采取了对小窑出水点附近的巷道实图431 沙果园矿F7断层物性探测剖面1. 破碎带；2. 裂隙； 3. 溶洞； 4. 巷道图432 孙庄矿小窑探测第四测线剖面施注浆堵水方案，但小窑无井上、井下对照图，在地面上只能大概指出地下巷道所在区间，这样就给钻孔施工带来一定的困难。在此情况下，我们使用了SYT型物性探测仪，将小窑井下巷道位置迅速查找出来，提供了最佳注浆位置，结果一钻到位，使该矿顺利完成了注浆堵水工程，见图432。孙庄矿为此次探测特为我们出具证明，为矿上节约费用约20万元。1996年底，孙庄矿发生重大淹井事故。开始，矿上根据小窑提供的巷道大致位置打了两个钻孔，结果均未打着小窑巷道。到1997年3月，我们应邀对小窑巷道具体位置又进行了探查，从而确立了界镇3孔的地面位置，结果一钻打到小窑巷道。很快完成了注浆堵水工程。4 峰峰矿区三矿小窑充水巷道探测1995年，峰峰矿区三矿附近小窑被淹，在设计注浆钻孔位置时，仍然需要确切了解小窑巷道的具体位置，我们又应邀为其探测。正确地指导了钻孔的地面施工位置。1997年，我们再次应邀为三矿探查小窑充水巷道位置，此次是上面的大煤采空区已完全充水，形成了一个低阻带屏蔽层。为了确保这次物探成果的可靠性，我们的三名工作人员采取了背靠背的方式，各自探测独自提出物探成果的工作方法，结果对巷道确认的资料，三个人听测的结果完全相同，正确地指导了现场钻孔孔位的施工，见图433。为此峰峰矿务局地质勘探处特为本次探测出具了为矿上节约20万元费用的证明。上面SYT法7次的探测效果，在2000年荣获原煤炭部科技成果三等奖。图433 三矿小窑巷道探测成果平面图5. 牛儿庄小窑突水巷道的探测2004年6月26日因牛儿庄矿南部小窑巷道突水殃及到牛儿庄大矿，很快部分巷道和采空区已经充水，在这样的地质条件下，探测180-200深小窑巷道的的面具体位置，传统的物探方法很难作到。6月27日河北省廊坊市龙港科技开发公司和煤炭科学研究总院西安分院应峰峰矿务局的邀请，决定利用DTY型地电探测仪、SYT型物性探测仪两种物探方法）对牛儿庄矿南部突水的小窑巷道地面位置进行探测，为下一步注浆堵水工程钻孔井位设计提供比较可靠的物探、地质依据。28日物探人员进入现场开展工作。由于任务重、时间紧，外业施工、资料现场解释基本同时进行，30日外业工作结束后，初步成果基本得出，10月1日、2日转入室内资料研究、整理和报告编写阶段，10月3日在现场向矿山治水抢险救灾指挥部提交了成果报告，前后不到6天，为救灾指挥部领导和专家抉择治理方案赢得了时间，这也是该种新型物探方法与其它物探方法相比，具备效率高、精度高、不受工作环境影响、抗干扰能力强的三大特点。51 工作概况探测小窑工作区分为北井（主井）区块和南井（付井）区块。北井区块布置两条测线，南井区块布置7条测线，另外对南井封井后的填料在井筒内的填实程度、空隙程度也进行了探索性的实验研究，施工情况见成果平面图图434。52 DTY研究成果简述 DTY型地电探测仪是用人耳听声音判断小窑在垂向的地面位置，历次峰峰矿务局小窑巷道突水后的探测都是用该种仪器进行探测，指导地面施工钻机井位设计，作到一钻下去就能打到小窑巷道进行。该仪器的特点是技术人员在巷道上方听测和在附近听测时，充水巷道的声音有比较明显的区别，另外听到的岩性界面点也有一定的分布特征。该方法一般工作人员当场就能学会开展工作。这次探测笔者现从三个单位抽调三名同志到牛儿庄矿，现场将如何操作仪器，是否能听到声音在某一深度发生音调或音量的变化记录下来，每个人听测的记录互相保密即可。开始的4条线，笔者和他们一起听，后来的5条线仅由两名新同志听测。探测的结果与用SYT解释的成果9条线中有8条线是吻合的。下面的图435就是对出水点位置的探测剖面。图434 牛儿庄矿小窑探测成果图在图435中，对听测的各界面点的出现分析如下： 在7号点位180米处，两个人都听测出来，但却多了176米和178米两个界面点；183米处的下面多了一个184米的界面点，192米处的下面两测多了一个194米的界面点，195米处的下面多了两个196米的界面点和197米的界面点，这就说明，该处可能是巷道的边界；再分析在17号点位187米处，两个人都听测出来，但却多了176米和178米两个界面点；少了一个189米的界面点；在16号点位193米处的下面多了一个194米的界面点；15号点位处195米处的下面多一个196米的界面点，这些特征就说明，由于受地下水流动的影响，该点位的界面点可能图435 小窑巷道突水点3测线DTY仪器听测成果图容易造成误判。因此该处可能是巷道的边界；按照同样的研究方法，在巷道的上方，由于受水图436 小窑巷道突水点3测线DTY仪器听测成果图冲刷的缘故，巷道的高度在10-14点位处有增高的趋势。在野外的这种认识，回到室内处理该测线视测仪器的数据时，得到了验证，见图436。在图436中，点距为0.5米，蓝颜色是巷道可能的位置，图中柱状含有3个、4个短线的层位，代表含水的砂岩或砾岩，很明显在小窑巷道的位置曲线应该左偏，图中柱状应该含有3个、4个短线。探测结果是在12号点-17号点含水层厚大约3米多，而小窑巷道高一般为2米、宽2-3米。由于突水点突水后一直到探测日至，地下水位一直在上涨，依据高压水冲刷边帮的特性，小窑巷道的宽度已经加宽有45米，巷道高3米多。第六节 煤层采空后的冒落高度的探测煤层开采后引起地面塌陷，有的破坏了农田的水利设施、地面交通，有的使地面建筑发生倾斜、破裂、坍塌等。诸如此类给人们生产、生活带来诸多不便和很大的财产损失。如何合理的预留井下煤柱，避免地面塌陷，这是矿山开采亟待解决的问题。本次使用SYT法通过对采空区内岩层发生松动、冒落后地应力、电阻率变化的测量，试求出在一定时间期限内，采空区上方岩石冒落、松动、裂隙延伸后影响的高度及范围。1 物探原理SYT型物性探测仪是一种被动源法物探仪器，它接收的是天然超低频段电磁波。目前的理论研究成果普遍认为这部分电磁波的是来自太阳风(各种射线和粒子流)轰击高空中的电离层和磁层时，磁层和电离层产生的012万Hz的脉冲电磁波； 其次还来源于大气层中的雷电部分。这部分电磁波到达地面后，一部分进入地下， 一部分又反射回去。进入地下的电磁波遵从大地低频窗口截频公式( )， 一部分被反射回地表，一部分继续向地下深部传播，一部分被介质吸收。 反射回地表的这部分电磁波，其频率的大小和量值的多寡与界面的深度和物性特征有关，俗称界面的反射系数，用j表示。SYT型物性探测仪就是把地下反射上来的不同频率的电磁波通过接收放大，转变成电压数字，通过不同数理方程对采集的电压数据进行转换，就可以提取地下不同的地质信息。公式1是使用SYT型仪器进行地应力测量的理论依据，公式2是使用SYT型仪器对地下单位体积内的地质体进行电阻率测量的理论依据。 （1） 其中 （2）2 其中 此次工作就是依据上面两个公式对3092工作面采空区冒落高度、岩石松动的部位、岩石裂隙延伸的方向及影响的范围进行研究的。2. 施工方案设计在3092工作面采空区和待采区按10米的网度进行测量，根据试验的目的，测量深度控制在煤层上方为100米左右，煤层下方20米左右，由于地形平坦，各点测深均为385512米。工作施工平面图见图437。图437 地应力测量施工平面图对数据的处理采用两种形式，其一是按不同深度段地应力的综合水平研究煤层上方采空区冒落高度、岩石松动的部位、岩石裂隙延伸的方向及影响的范围；其二是通过9条测线电阻率等值线的剖面图来研究采空区冒落高度、岩石松动的部位、岩石裂隙延伸的方向及影响的范围。其理论依据是：煤层一旦开采，采空区上方下方、前方单位体积地质体内岩层地应力平衡系统就受到破坏，之后在应力调整的过程中，应力值随时间的推移不再是常量，而是一个变量，应力值低的部位一般是岩石冒落、松动、裂隙发育的部位。据此根据不同层面地应力等值线图的分布状态，可以间接了解岩石冒落、松动、裂隙发育在横向平面上的分布范围和大致的高度。研究不同深度地层剖面电阻率值的等值线图可以在从纵向剖面上间接了解岩石冒落、松动、裂隙发育的大致高度和分布范围。3. 研究成果按照上面的施工设计，我们对工作区内探测的深度分成5个深度段来研究：400440米；440456米；456470米；470486米；486512米；研究煤层下方地应力的分布状态目的在于探讨煤层开采过程中是否存在地下水有突水的危险。31 在不同深度截面附近的研究成果a 400440米深度截面 图438是该深度界面地应力等值线图。从图中可以看出，在采空区中部有一个面积较大的高值区，在没有开采的区块内，中心部位有一个小区块高值区，工作区南部有一个较大区块的高值区。在采空区和待开采的区块内，同是地应力高值区却反映不同的地质内容。在采空区上方地应力高值区在特定条件下（确认已经开采）反应岩层的地应力受破坏性程度不大，裂隙不发育，岩层少有松动，没有冒落显现；低值区则反应岩层的地应力受破坏性程度较大，裂隙较发育，岩层有松动，局部有冒落现象；在待开采的区块内，高应力值区说明岩层的裂隙发育程度不高，含水性能差，低应力值区说明岩层的裂隙发育程度高，含水性能强，其带状分布时要考虑是否受断层影响。按照这种解释原则，在该截面处部分地段，岩石因为其下部有冒落现象，裂隙发育的部位已经进入到煤层上方40米以上的高度，其中以开采工作面附近较为集中。图中的红线是2006年7月18日开采的边界。A是采空区，B是待开采区。图438 400440米深度截面附近地应力等值线图b 440456米深度截面 图439是该深度界面地应力等值线图。从图中可以看出，在采空区和没有开采的区块内岩石裂隙发育、松动的部位与图438基本相似，在分布范围上没有明显的变化。这时的裂隙可能以垂直岩层的裂隙发育为主。在没有开采的区块内南部高应力值的范围明显增大。c 456470米深度截面 图440是该深度界面地应力等值线图。从图中可以看出，在采空区内大于300数据的高值区范围明显减小，说明在开采的区块内岩石裂隙发育、松动的程度明显增加。在没有开采的区块内南部高应力值的范围也有增大的趋势。d 470486米深度截面 图441是该深度界面地应力等值线图。从图中可以看出，在采空区内没有大于300以上的数据高值区，说明在开采的区块内岩石裂隙发育、松动的程度加剧，局部有岩石冒落的现象。在没有开采的区块内西部低应力值的范围连成一片，有可能在该深度范围内发育导通煤层下部含水层的断层存在。图439 440456米深度截面附近地应力等值线图图440 456470米深度截面附近地应力等值线图，e 486512米深度截面 图441是该深度界面地应力等值线图。从图中可以看出，在采空区内的下方由于煤层底部岩层受到深部地应力的作用，其裂隙比较发育，所以其应力值均偏低。另外上面的分析结果中在西部待开采的区块可能有断层存在，如果断层向下部延伸，也是导致采空区范围内应力值偏低的一个客观因素。图441 470486米深度截面附近地应力等值线图图442 486512米深度截面附近地应力等值线图32 在不同深度剖面附近的研究成果图443是第一条测线电磁电阻率剖面图。在该图中竖黑线左侧是采空区的上方，右侧是待开采煤层的上方，黑横线是煤层部位。由于没有任何资料可借鉴，目前暂时确定电阻率值在60140区间内解释岩层中冒落、松动和裂隙延伸范围。黄色可能是冒落带、绿色是裂隙延伸的范围中间地带可能是岩层松动的部位。此外还揭示出一条断层。图443 第一条测线电磁电阻率等值线图图444 第二条测线电磁电阻率等值线图在以后的图444、45中依据电阻率值的大小结合