赵家梁矿采空区探测报告

1、. . 榆林市地方煤矿采空区分布榆林市地方煤矿采空区分布物探勘查物探勘查 神木县赵家梁煤矿神木县赵家梁煤矿 采空区勘查成果报告采空区勘查成果报告 山东科技大学山东科技大学 2012 年年 9 月月 . . 项目名称：项目名称：榆林市地方煤矿采空区分布物探勘查 神木县孙家岔镇赵家梁煤矿采空区及积水范围综合勘查 施工单位：施工单位： 报告编制单位：报告编制单位： 项目负责：项目负责： 技术负责：技术负责： 参加人员：参加人员： 报告编制：报告编制： 审审 核：核： 所所 长：长： 安全分院主管院长：安全分院主管院长： 院院 长：长： 报告提交时间：报告提交时间：2012 年 9 月 . . 前前

2、言言 根据榆林市的具体情况，经几十年的开采已经形成了分布广泛、大小不一 和难以计数的采空区。早期小窑、小煤矿星罗棋布，矿井开挖无设计、无图纸、 无记录，煤矿遗留下来的采空区范围和状态没有完整、详细的记录和数据。有 些采空区已部分塌陷，有些还没有塌陷，有些采空区还发生自燃着火，已经形 成的塌陷和随时可能塌陷的以及着火的采空区也已或必将引起该地区严重的地 质环境问题。根据榆林地区目前采空区危害现状，为了促进本地经济、社会及 环境的和谐发展，保障人的生命安全和矿井安全生产，从根本上消除遗留煤柱 采空区的安全隐患，需要对榆林市地方煤矿老采空区分布情况、赋存情况、周 边情况等进行全面勘查，查清老采空区的

3、范围和面积、顶板垮落状况、火区分 布、积水区分布，为下一步采空区灾害治理提供科学依据。 赵家梁煤矿位于陕西省神木县乌兰木伦河东岸，车岔沟南侧，行政区划隶 属陕西省神木县孙家岔镇管辖。经过与矿方详细交流后，决定对该矿南部与赵 家梁二矿、平寺沟煤矿、当中沟煤矿相邻的部分区块进行物探工作，根据矿方 实际需求划定勘查区域，以查明勘探区内 5-2号煤层采空区分布范围及 5-2煤采 空区的积水情况。 根据其地质采矿条件，我们采用了 eh4 大地电磁测深法，勘探面积为 1.01km2，野外数据采集工作在 2012 年 9 月 7 日至 2012 年 9 月 19 日期间进行。 采用美国产 eh4 电导率剖面

4、仪，布置测线 47 条，测线总长 10460m，物理点 586 个，其中检查点 16 个。物理点级 489 个，占 85.79%，级 65 个，占 11.4%，由于测区高压输电线路影响造成级物理点 16 个，占 2.81%。现场数 据采集质量较高，满足有关规程要求。 资料处理和资料解释于 2012 年 9 月 8 日至 2012 年 9 月 21 日进行，资料处 理软件为 eh4 专用数据处理系统 imagem 二维反演软件。在资料精细处理的 基础上，对电阻率剖面进行地质解释，并参考已往地质资料及煤矿开采情况， 最后做出地质成果图件。 本次勘探物探区面积 1.01km2，基本查清了物探区内 5

5、-2煤火烧区、采空区 分布及积水情况：火烧区分布于物探区东北部，面积 204643m2；采空区 2 个， 1#采空区分布于物探区中北部，面积 219907 m2，其中积水区面积 31259 m2；2#采空区分布于物探区南部，面积 331548m2。 . . 目 录 第 1 章 序言.1 1.1 项目来源与工作意义.1 1.2 勘探任务及勘探区概况 .1 1.2.1 勘探任务.1 1.2.2 勘探区概况.1 1.3 交通位置与自然地理.2 1.3.1 位置与交通.2 1.3.2 自然地理概况.3 1.4 矿井概况 .4 1.4.1 开采现状和历史.4 1.4.2 相邻煤矿情况.4 第 2 章 地

6、质概况及地球物理特征.5 2.1 区域地质概况.5 2.1.1 区域地层.5 2.1.2 区域地质构造.6 2.2 矿井地质概况.6 2.2.1 地层.6 2.2.2 煤层.8 2.2.3 地质构造.9 2.3 水文地质 .10 2.3.1 区域水文地质特征.10 2.3.2 矿井水文地质.10 2.4 地球物理特征 .12 第 3 章 勘查设计及工作情况概述.14 3.1 eh4 大地电磁法的基本原理及使用仪器简介 .14 3.1.1 eh4 大地电磁法原理.14 3.1.2 探测仪器简介及主要技术指标.17 3.2 试验工作.19 3.2.1 试验地点.19 3.2.2 试验过程.19 .

7、 . 3.2.3 试验成果.19 3.3 测区勘查设计及完成情况 .21 3.3.1 施工设计与布置.21 3.3.2 完成工作量.21 3.3.3 干扰源调查.23 3.3.4 数据采集参数选择.23 3.4 测量工作.24 3.4.1 作业依据.24 3.4.2 测量仪器.25 3.5 施工组织与质量保证措施.26 3.6 健康安全环境（hse）管理措施.28 3.7 资料质量评价.29 第 4 章 eh4 大地电磁测深数据处理方法与解释原则.31 4.1 资料处理方法.31 4.1.1 干扰信号的剔除.31 4.1.2 静态校正.31 4.1.3 数据反演解释.32 4.2 解释原则.3

8、3 第 5 章 资料分析及探测成果.35 5.1 eh4 大地电磁测深法资料分析 .35 5.1.1 地层电性特征分析.35 5.1.2 实测电阻率断面解释.36 5.2 采空区探测成果总结.81 第 6 章 结论与建议.82 6.1 结论.82 6.2 问题与建议.82 . . 附图附图 附图目录 顺序图纸名称图号比例尺 1赵家梁煤矿 eh4 大地电磁法采空区探测测线布置图附图11:5000 2赵家梁煤矿 5-2煤采空区勘查成果图附图21:5000 . . 第第 1 章章 序言序言 1.1 项目来源与工作意义项目来源与工作意义 赵家梁煤矿位于陕西省神木县乌兰木伦河东岸，车岔沟南侧，行政区划隶

9、 属陕西省神木县孙家岔镇管辖。 本区含煤地层为侏罗纪中统延安组，由上而下编号为：2-2、3-1、3-2、4-2 上、 4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3煤层，共 10 层。其中：全区可采煤层 1 层，为 5-2煤 层；局部可采煤层 2 层，为 3-1、4-2 上煤层；其余均不可采。 根据矿方提供的现有资料知，井田南部边界以外向东南尚依次分布有赵家 梁二矿、平寺沟煤矿、当中沟煤矿、南沙湾煤矿、燕家塔煤矿等 5 处生产小煤 矿，均以平硐人工开采 5-2煤层，开采设备简陋。在赵家梁煤矿边界处可能存在 这些小煤矿赿界开采形成的采空区，对赵家梁煤矿后续生产带来安全隐患。 因此， 为了确保矿井

10、后续生产的安全，决定采用 eh4 大地电磁测深法对赵家梁煤矿东 南部边界部分区块内 5-2煤采空区分布及积水情况进行探测。 1.2 勘探任务及勘探区概况勘探任务及勘探区概况 1.2.1 勘探任务勘探任务 本次勘探的地质任务是：探测赵家梁煤矿东南部边界部分区块内 5-2煤采空 区分布及积水情况。 1.2.2 勘探区概况勘探区概况 赵家梁井田位于陕北黄土高原之北端和毛乌素沙漠东南缘的接壤地带，地 貌单元属风积沙所覆盖的黄土丘陵区，呈黄土梁和风成沙丘相间的地貌景观， 地形复杂，沟壑纵横，梁峁相间，地表侵蚀强烈。 勘探区面积 1.01km2，拐点坐标列于表 1-1。 . . 表表 1-1 勘探区拐点坐

11、标勘探区拐点坐标 勘探区拐点x 坐标y 坐标 a374514464329410 b374503964329427 c374500564328336 d374503774327958 e374507604328915 f374507604328915 g374516774328906 1.3 交通位置与自然地理交通位置与自然地理 1.3.1 位置与交通位置与交通 1）位置 赵家梁煤矿位于陕西省神木县乌兰木伦河东岸，车岔沟南侧，行政区划隶 属陕西省神木县孙家岔镇管辖。 2）交通 包（头）神（木）二级公路从乌兰木伦河西岸通过，与赵家梁煤矿一 河之隔，煤矿北距神木县孙家岔镇 7.5km，距神府矿区中心

12、区大柳塔镇 27km， 距内蒙东胜市 112km、包头市 246km；南距神木县店塔镇 13km，距神木县城 35km，距榆林市 145km，延安市 455km，西安市 825km；东距府谷县城 82km，过黄河可达晋北各地。 神（木）朔（洲）铁路沿乌兰木伦河东岸从煤矿边缘穿过，煤矿距黄 羊城和燕家塔煤炭集装站分别为 20km、5km。 榆林市的榆林机场已开通榆林至西安、榆林至北京航线，即将开通太原、 银川等大城市航班。榆林新机场已投入运营，可起降大型客机。鄂尔多斯机场 已开通鄂尔多斯至西安、鄂尔多斯至北京等大城市航班。交通可谓四通八达， . . 公路、铁路和航空运输快捷方便。 1.3.2 自

13、然地理概况自然地理概况 1）地形地貌 赵家梁井田位于陕北黄土高原之北端和毛乌素沙漠东南缘的接壤地带，地 貌单元属风积沙所覆盖的黄土丘陵区，呈黄土梁和风成沙丘相间的地貌景观， 地形复杂，沟壑纵横，梁峁相间，地表侵蚀强烈。本区总的地形特征是北东部 高而南西部低，海拔高程一般为 1200m 左右，近南北走向的的高脊梁成东西向 分水岭，最高点位于井田中部的曲家梁，标高为 1223.87m；最低点位于井田南 西角的乌兰木伦河，标高为 993.8m，相对高差 230m。区内河谷地带基岩裸露， 其余大部分地段为第三系红土及第四系黄土覆盖，局部地段为风积沙片沙，植 被稀少，水土流失严重。 2）气象 本区属中温

14、带大陆性半干燥气候，冬季干旱严寒，夏季干燥枯热，春季多 风，风沙频繁，秋季凉爽，冷热多变，昼夜温差悬殊，干旱少雨，全年降雨多 集中在七、八、九三个月，无霜期短。十月初上冻，次年三月解冻。秋季多西 北风，春季多为东南风。根据神木县气象站长年观测资料：多年平均气温 8.4，极端最高气温 38.9，极端最低气温-28.1；多年平均降雨量 474.6mm，日最大降雨量 l36.3 mm，年最少降雨量 108.6mm，年最大降雨量 819.1mm，多年平均蒸发量 1990mm；多年平均湿度 55；平均风速 2.33m/s， 极端最大风速 25m/s；最大冻土深度 1.46m。 3）地震 本区位于鄂尔多斯

15、盆地东北部，地壳活动相对稳定，构造变动微弱，地震 出现的频率小而且强度低。据史载，1542年位于神木县城附近曾发生过5级地震， 烈度6级；1621年5月在本煤矿东侧的孤山一带曾发生过5级地震，烈度6.7级。 近百年来，煤矿内虽有过几次小震，但烈度仅2.5度，以烈度划分，属无震害区。 4）水系 赵家梁井田东西两侧分别有悖牛川及乌兰木伦河经过，均为常年性河流。 . . 乌兰木伦河和悖牛川在井田的南东端交汇后流入窟野河。乌兰木伦河发源于内 蒙东胜附近，全长约188km，年平均流量7.19m3/s，历年最大洪流量9760m3/s， 最小流量仅有0.0080.44m3/s；悖牛川发源于蒙陕边界地带，年均

16、流量 2.03m3/s，历年最大洪流量4850m3/s，最小流量仅为0.003m3/s。井田内主要支沟 有车岔沟、前平士梁沟及后平士梁沟，其流量较小，多属季节性沟流。 1.4 矿井概况矿井概况 1.4.1 开采现状和历史开采现状和历史 赵家梁井田面积 27.523km2，其中精查面积为 14.75km2，位于井田的南部， 占全井田的 53.4；其余为详查区，位于井田北部。 1998 年 3 月，陕西省一八五地质工程公司根据陕北侏罗纪煤田杨伙盘井 田精查地质报告及陕北侏罗纪煤田神木北部矿区详查报告的成果对赵家 梁井田地质资料进行了汇总，补作了井田北部地质填图，编制了陕北侏罗纪 煤田神府地方开采区

17、赵家梁井田储量计算说明书 ，基本上查清了煤层赋存情况 及构造，在宏观上对煤层的火烧边界、露头边界和煤层局部不可采点的范围进 行了控制，煤层对比、储量计算较为可靠；2003 年 11 月，陕西省煤田地质局 一八五队又提交了陕北侏罗纪煤田神府地方开采区赵家梁煤矿 3-1煤层补充勘 查地质资料 ，该报告对赵家梁井田 3-1煤层的自燃边界进一步进行了控制，更 可靠地计算出了 3-1煤层的储量和评价了其煤质特征；2006 年，陕西省煤田地 质局一八五队编制了陕西省神府经济开发区至赵家梁煤矿资源储量检测说明 书 。 1.4.2 相邻煤矿情况相邻煤矿情况 井田内地层平缓，沟谷纵横，煤层出露地点多。井田内除中

18、部已建的开采 3-1煤层的斜井外，仅西南角有一小规模开采 5-2煤层的赵家梁一号井，该井在 5-2煤层主系统形成后将关闭。除此之外，井田南部边界以外向西尚依次分布有 赵家梁二矿、平寺沟煤矿、当中沟煤矿、南沙湾煤矿、燕家塔煤矿等 5 处生产 小煤矿，均以平硐人工开采 5-2煤层，开采设备简陋。 . . 第第 2 章章 地质概况及地球物理特征地质概况及地球物理特征 2.1 区域地质概况区域地质概况 2.1.1 区域地层区域地层 区域地层区划属华北地层区鄂尔多斯盆地分区东胜环县小区。区内绝大 部分被新生界松散半固结沉积物所覆盖，基岩沿河谷两岸出露，地层由老至 新依次为中生界三叠系上统延长组（t3y）

19、、侏罗系下统富县组(j1f)、侏罗系中 统延安组（j2y）、新近系上新统保德组（n2b）、第四系中、上更新统（q2+3） 及全新统（q4），区域地层简表详见表 2-1。 表表 2-1 区域地层简表区域地层简表 地层单位及接触关系 界系统组 地层厚度 （m） 特征岩性分布范围 全新统 q4 050风成沙，坡积物，冲积物。 风积沙分布于梁峁， 冲积层分布于沟谷 萨拉 乌苏 组 q3s 020 黄色灰褐色亚粘土，为粉沙及细沙， 底部有砾石，可见层理，含腹足类和 脊椎动物化石。 零星出露 第 四 系 q 中 上 更 新 统 q2+3 离石 组 q2l 2560 浅褐色沙质亚沙土夹浅棕红亚粘土， 多含钙

20、质结核，垂直节理发育，含脊 椎动物化石。 大面积出露于塬峁 丘地。 新 生 界 kz 新 近 系 r 上 新 统 n2 保德 组 n2b 090 棕红色亚粘土与钙质结核层互层，底 部常有半固结状砾石层，含大量动物 化石。 各沟谷沟脑。 中 侏 罗 系 中 统 延安 组 j2y 25316.95 浅灰色粗粒砂岩、细粒砂岩、灰深 灰色粉砂岩、泥岩及众多煤层及煤线， 底部为灰白色石英砂岩。为区内含煤 地层，含丰富植物化石。 区内各沟谷均有出 露。 . . j 下 统 j1 富县 组 j1f 0142 紫杂色泥岩夹灰白色，灰绿色中粗粒 砂岩、细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩 及煤线。 孤山、野芦沟、店 塔、

21、永兴一带 生 界 mz 三 迭 系 t 上 统 t3 延长 组 t3y 不详 巨厚状灰绿色中细粒砂岩，夹有薄 煤线，含植物化石。 孤山、野芦沟、 牛川、哈镇一 带 2.1.2 区域地质构造区域地质构造 本井田位于鄂尔多斯台向斜北翼、陕北斜坡之上，总体构造形态为向北西 向缓倾，倾角 1左右的单斜构造。 2.2 矿井地质概况矿井地质概况 2.2.1 地层地层 本区是陕北侏罗纪煤田的一部分。地层区域属鄂尔多斯盆地的北东部，中 生代后期，受燕山运动的影响，陕北区域东部抬升，地层遭受强烈剥蚀。除在 乌兰木伦河、悖牛川两岸出露有部分直罗组和延安组地层外，其余地段均为新 生界地层所覆盖。井田地层钻孔揭露由老

22、至新有： 1. 三迭系上统永坪组（t3y） 永坪组是本区含煤地层延安组沉积基底，井田内无出露。岩性以灰绿色 中粗粒长石石英砂岩夹薄层粉砂岩、泥岩。分选性中等较差，次棱角状， 孔隙式接触式钙泥质胶结，中型交错层里发育。厚度不详，为一套内陆河 流相沉积。 2. 侏罗系下统富县组（j1f） 本组地层为含煤地层的下伏地层，井田内无出露，上部为黑色炭质泥岩夹 薄煤或煤线，下部为灰色灰白色中粒石英砂岩。该层全井田分布，与下伏地 层假整合接触。厚度 6.20m31.80m，平均 l7.24m。 3. 侏罗系中统延安组(j2y) . . 延安组为本井田含煤地层，连续沉积于富县组之上，为一套浅水湖泊三角 洲沉积

23、。岩性以灰白色浅灰色巨厚层状中细粒长石石英砂岩及浅灰色粉砂 岩为主，其次为灰色泥岩、砂质泥岩，少量炭质泥岩。厚度 49.80212.98m， 平均厚度为 152.59m。从下而上划分为五段(含五个沉积旋回)，受后期冲刷剥蚀， 其第四段在井田北部仅零星残留。 4. 第三系上新统红土(n2) 井田内大部覆盖，主要分布于梁峁、台塬之上。该组地层分为上下两个亚 段，下亚段为棕红色、紫杂色砂砾石，半固结状，厚度 o19.78m，平均 6.07m；上亚段为棕红色亚粘土、亚沙土，含钙质结核，厚度 o18.39m，平均 9.90m。该组地层与下伏地层呈不整合接触。 5. 第四系中更新统离石组(q2l) 井田内

24、大部分覆盖，主要分布于沟谷上游及分水岭。岩性以灰黄色、浅黄 色亚粘土及亚沙土为主，含钙质结核。厚度 o5 1.29m，平均 21.87m。与下组 地层呈不整合接触。 6.第四系上更新统萨拉乌素组(q3s) 本组地层在井田内仅零星分布，岩性为褐灰色、灰色亚沙土。厚度 o1.5m，平均 1.0m。与下伏地层呈假整合接触。 7.第四系全新统(q4) 风积沙(q4eol) 主要分布于井田西北部梁峁之上，在坡谷地段有局部覆盖。为浅黄色粉沙、 细沙，呈流动及半固定沙。厚度 o71.74m，平均厚度 18.97m。 冲积层(q4a1) 分布于乌兰木伦河、悖牛川及主要沟谷中。岩性以砂土、粉细砂及砂砾石 组成，

25、厚度 015.0m，平均 6.0m。与下伏地层呈不整合接触。 本井田含煤地层为侏罗系中统延安组。属湖泊三角洲沉积，横向岩性变化 大，但其旋迥结构清晰，物性差异明显，根据旋迥结构、岩性组合、含煤及物 性差异等特征，可划分为五个中级旋迥，由下而上分为四个含煤岩段，现分述 如下： 1. 延安组第一段(j2y1) . . 在井田南东角有零星出露，岩性以浅灰色、灰白色细粗粒长石石英砂岩、 岩屑石英砂岩为主，灰黑色粉砂岩、砂质泥岩次之。厚 53.3489.72m，由南东 向北西逐渐增厚，平均厚度为 77.68m。含五号煤组(5 -3、5 -2、5 -1)，其中 5 -2煤 层厚度大且稳定，结构简单，为本区

26、主采煤层，其它煤层均不可采，本组地层 与下伏地层呈假整合接触。 2. 延安组第二段(j2y2) 该段除乌兰木伦河、悖牛川以外全井田均有分布，主要出露于河谷、沟谷 侧畔。岩性以灰白色细粗粒长石岩屑砂岩、岩屑石英砂岩，深灰灰黑色粉 砂岩、砂质泥岩、泥岩为主。含四号煤组(4 -4、4 -3、4 -2 上)，其中 4 -2 上煤层为区 内局部可采煤层，其它煤层均不可采。本段厚 089.10m，平均厚度为 57.38m。 3. 延安组第三段(j2y3) 在井田中北部沟谷侧畔大面积出露，岩性以中细粒长石石英砂岩为主， 粉砂岩次之，少量泥岩。上、下部一般为灰色粉砂岩夹薄层细砂岩；中部为灰 白色细中粒长石石英

27、砂岩，夹薄层粉砂岩；顶部含三号煤组(3-1、3-2)，其中 3-1煤层在本井田大部分剥蚀自燃，南部仅残存零星可采点，北部有小面积局部 可采区，3-2煤层为不可采煤线。本段厚 047.45m，平均厚 34.56m。 4. 延安组第四段(j2y4) 在井田北部沟谷上游零星出露，岩性以浅灰色细砂岩、中粒砂岩为主，厚 层状，泥质胶结，波状层理，局部夹黑色泥岩。含二号煤层，在井出北部；边 界处仅有零星残留，其余皆冲刷剥蚀。本段厚 029.37m，平均厚 5.63m。 2.2.2 煤层煤层 本区含煤地层为侏罗纪中统延安组，由上而下编号为：2-2、3-1、3-2、4-2 上、 4-2、4-3、4-4、5-1

28、、5-2、5-3煤层，共 10 层。其中：全区可采煤层 1 层，为 5-2煤 层；局部可采煤层 2 层，为 3-1、4-2 上煤层；其余均不可采。 1. 3-1煤层： 埋深 0112.8m，井田南部及坡谷地带大部被冲刷剥蚀，中北部裸露于沟 谷及山坡之上，沿露头皆遭受严重自燃。北部可采连片面积为 5.181km2，煤层 . . 厚度 2.973.26m，平均厚度 3.10m，结构简单，不含夹矸，厚度稳定，属局部 可采煤层。底板标高为+1105+1115m。距下覆 4-2 上煤层间距 25.4539.56m， 平均间距 35m。 2. 4-2 上煤层： 埋深 0153.8m，因后期冲刷剥蚀，裸露于

29、沟谷及山坡上，煤层自燃严重。 井田内东西两侧坡谷地带大部已自燃，中部可采连片面积约 15.267km2，煤层厚 度 1.192.32m，平均 1.59m，厚度稳定，由南向北逐渐变厚，属局部可采的稳 定性煤层。结构简单，局部含 12 层夹矸，夹矸厚度 0.110.43m，平均 0.20m 左右，岩性多为泥岩。底板标高为+1065+1105m。距下覆 5-2号煤层间 距为 95.93103.81m，平均间距 99.8m。 3. 5-2煤层： 埋深 0238.8m，井田南东部有小范围出露，沿露头遭受自燃。在井田中 东部 329 号钻孔煤层厚度为 0.75m，其附近小范围内为临界可采，除此之外， 为全

30、区可采煤层。煤层厚度 0.753.30m，平均 2.09m，由南向北逐渐变薄。结 构简单，局部含 13 层夹矸，夹矸厚度 0.050.25m，一般 0.10m 左右，其岩 性以粉砂岩为主，泥岩次之。底板标高为+1015+965m。 各主要可采煤层的赋存特征如表 2-1。 表表 2-1 煤层特征表煤层特征表 层间距（层间距（m）煤煤 层层 号号 最大最大-最小最小 平均平均 （m） 结结 构构最大最大-最小最小 平均平均 可采类型可采类型 稳定稳定 类型类型 3-1 2.973.26 3.10 不含夹矸局部可采稳定25.4539.56 35.00 4-2 上 1.192.32 1.59 局部含

31、12 层夹 矸 局部可采稳定 5-2 0.753.30 2.09 局部含 13 层夹 矸 95.93103.81 99.80 全区可采稳定 . . 2.2.3 地质构造地质构造 本井田位于鄂尔多斯台向斜北翼、陕北斜坡之上，总体构造形态为向北西 向缓倾，倾角 1左右的单斜构造。井田中南部发育宽缓的波状起伏；南东部在 49 号钻孔的波谷基本呈南北向延展，长 3.5km，幅值 20 余 m，两翼倾角 1左 右；西部在 y3、y15号孔周围形成一半园形波谷，幅值仅 5m 左右，长轴北西 向延展约 l.0km，短轴西南向延伸 0.6km，翼部倾角 02。 井田内构造简单，未见大的断裂构造，但据神府矿区勘

32、探经验证明，局部 的小构造、小断裂发育是客观存在的，生产过程中应予以重视。 2.3 水文地质水文地质 2.3.1 区域水文地质特征区域水文地质特征 由于本区为干旱、半干旱大陆性气候，降雨集中、蒸发强烈，加之地表植 被稀疏，使得地表水的侵蚀作用极为明显。井田内冲沟广泛发育，细沟、悬沟 密集分布。 乌兰木伦河、悖牛川呈南北向流经井田西、东边界，两条河流在南部交汇， 形成窟野河。据王道恒塔水文站 1989 年观测资料，乌兰木伦河流量 0.554.60m3/s，平均 3.97 m3/s。据煤田水文地质勘探队 1988 年 5 月至 7 月的 间断观测，悖牛川河流量 0.023.495m3/s，一般 1

33、.339 m3/s。 2.3.2 矿井水文地质矿井水文地质 1）含（隔）水层 （1） 第四系全新统冲、洪积潜水含水层（q4al） 主要分布于乌兰木伦河及悖牛川河谷之中，岩性为冲、洪积沙砾石层，厚 度 o10m，一般 6m 左右。据孙家岔井田在河床施工的 s4号钻抽水资料，含 水层厚度 3.50m，水位埋深 2.55m，涌水量 0.273 l/s，单位涌水量 0.24l/sm， 渗透系数为 5.49m/d，水质属 hc03s04-camgna 型，矿化度 0.481g/l。该层水 与地表水及基岩风化裂隙水有密切的水力联系。 . . （2）第四系中更新统黄土裂隙、孔隙潜水含水层(q2l) 井田内大

34、部覆盖，主要分布于沟谷上游及分水岭之上。岩性为灰黄色、浅 黄色亚粘土及亚沙土，含钙质结核，榔头柱状节理发育，厚 o5 1.29m，平均 21.87m。据下降泉调查，水位标高 1020.41m，流量 o.14l/s，水质属 hc03- camg 型，矿化度 0.1979/l，富水性弱。 （3）第三系上新统红土隔水层（n2） 分布于梁峁项部，沟谷上游两侧及沟脑地带，厚度 018.39m，一般 9.90m。岩性上部为粘土、亚粘土，隔水性能良好。底部为砂砾层，呈半胶结状。 （4）侏罗系中统延安组砂岩裂隙含水岩组（j2y） 该组为含煤地层，厚 49.30212.98m，平均 152.59m。该组地层厚度

35、大， 含煤层次多，各主要可采煤层底板以泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩为主，相对隔 水。项板砂岩裂隙较发育，富水性弱，区内下降泉多出露于该地层。据可采煤 层岩性组合及含水特征，将该组地层分为 4 个含水层段。 3-1煤层上部弱含水层段 即 3-1煤底面以上至延安组基岩顶面含水层，分布于井田北部，岩性以浅灰 色细粒砂岩为主，夹黑色泥岩，厚 029.37m，水位标高 1111.21m，流量 0.87l/s，水质 hc03-camg 型，矿化度 o.1839/l。据海湾井田 h3 号孔抽水资 料，渗透系数 0.025036m/d。 3-14-2 上煤层间弱含水层 即 31煤层底板至 4-2 上煤层之间地层，

36、分布于井田中北部，岩性以细粒长 石砂岩为主，粉砂岩、泥岩次之，厚 047.45m。据泉点调查，水位标高 1066.161100.90m，平均 1081.51m，流量 5.89l/s，水质 hc03-camg 型，矿 化度 0.219/l。 4-2 上5-2煤层间潜水弱含水层 全井田分布，为 5-2煤层直接充水层，岩性以灰白色细粗粒长石岩屑砂岩、 岩屑石英砂岩为主，次为深灰灰色粉砂岩，砂质泥岩。厚 089.10m，平均 53.38m。水位标高 1038.081066.17m，流量 1.74l/s。据 y7 号钻孔抽水资料， . . 水位埋深 90.67m，涌水量 0.039l/s，单位用水量 0

37、.027l/sm，渗透系数 0.0002406m/d，水质 cl-naca 型，矿化度 2.0g/l。 5-2煤层以下至延安组底面弱含水层段 全井田分布，岩性以浅灰色，灰白色细粗粒长石石英砂岩、岩屑石英砂 岩为主，厚 53.3489.71m，平均 77.68m。据水泉调查，水位标高 1016.691047.51m，流量 1.06l/s，单位用水量 0.0027 l/sm。 烧变岩潜水含水段 由于煤层自燃，使上覆岩层烧熔、烧结、烘烤，岩石结构松散，孔洞裂隙 发育，为地下水赋存和径流创造了有利条件，烧变岩泉流量 0.071.83 l/s，总 流量 8.45l/s，钻孔漏失量 0.0412m3/h，

38、一般为 2.12m3/h。由于煤层自燃发生 当地侵蚀基准面之上，因此，烧变岩含水层地下水的排泄极为有利，赋水性不 强。 2）地下水的补给、迳流、排泄条件 地下水来源主要接受大气降水的渗入补给，凝结水补给微弱，潜水沿黄土 顶面、基岩项面向低洼处潜流运移，至冲沟出露成泉排泄。 烧变岩潜水是以接受大气降水及第四系潜水的侧向补给，至低洼处成泉排 泄。 中生界碎屑岩承压水主要是接受区域的侧向补给和上部地下水越流补给， 承压水多沿发育微弱的裂隙顺层运行，除排泄给地表水，部分通过越流形式向 发育的小构造、裂隙补给上层潜水。 3）井田水文地质类型及矿井涌水量预计 综上所述，本井田地质构造简单，岩层含水微弱，钻

39、孔单位涌水量小于 0.1l/sm，以大气降水为主要补给源，基准面以上地形有利于地表水、地下水 的天然排泄，构造裂隙、成岩裂隙不发育。因此，本井田属以裂隙含水层为主 的水文地质条件简单型，即二类一型。 据矿井多年实测，最大涌水量为 30m3/d，最小涌水量为 18m3/d，涌水量主 要来各煤层顶板砂岩和烧变岩裂隙带。设计借鉴本矿区相邻矿井实际涌水情况， 预计本矿井 5-2煤层开采时正常涌水量为 40m3/h，最大涌水量为 100m3/t。 . . 2.4 地球物理特征地球物理特征 由于本次物探探测以 eh-4 电导率连续剖面测量为主，因此主要讨论电性 特征。 测区内第四系全新统岩性主要为现代风成

40、沙，坡积物，河流冲洪积物；第 四系中、上更新统岩性主要为浅黄色、褐灰色亚粘土、亚沙土、粉砂、细砂夹 钙质结核层，垂直节理较为发育。在电性上为低电阻率特征，电阻率一般小于 10m。 由钻孔电阻率测井资料知，泥岩、砂质泥岩电阻率变化范围相对较小，一 般为1030m；砂岩（细砂岩、粉砂岩等）电阻率变化范围较大，变化范围 约4070m；煤的电阻率最高，一般在100200m范围内变化。实测地层电 阻率受地层岩性、孔隙裂隙发育程度和含水性影响，加之电法类勘探体积效应 影响，与电阻率测井结果可能相差较大，含煤地层段的电阻率一般为 1040m。 煤层开采后的残留巷道或采空区的上覆岩层冒落、移动和破坏，产生的大

41、 量孔洞、裂缝及离层，覆岩电阻率值将发生明显的变化。当残留巷道或覆岩冒 落裂隙带中未充水或少量充水，采空区将表现为高电阻率异常特征，未冒落穿 采采空区的电阻率一般大于 60m，采后冒落采空区电阻率变化范围较大，一 般大于 100m。 赵家梁井田 35 煤在煤层露头附近存在煤层自燃形成的火烧区。煤炭自燃 的发展过程一般要经历三个时期：潜伏期、自热期和自燃期。三个时期煤层表 现出完全不同的电性特征：潜伏期（自煤层接触空气起至煤温开始升高止的时 间段） ，该阶段煤与氧气的作用以物理吸附为主，煤层未被烧变，其电阻率与自 然赋存状态时基本一致；自热期（温度开始升高起至达到燃点的时间段） ，自热 过程中煤

42、氧化反应加速，热量积聚，温度上升。这一阶段，煤层结构开始发生 变化，水分蒸发，裂隙扩大，电阻率明显增大；自燃期（当煤温达到燃点后， 若能得到充分的供氧，就会发生燃烧）煤层电阻率随烧变程度的增强而逐渐减 小，当煤层全部烧尽，电阻率降到最低。 据此，通过探测地下岩层的电阻率及其变化，可以判定岩层的结构状态和 . . 煤层自燃状态，这也是本次电磁法探测采空区和煤层自燃的物理前提。 第第 3 章章 勘查设计及工作情况概勘查设计及工作情况概述述 3.1 eh4 大地电磁法的基本原理及使用仪器简介大地电磁法的基本原理及使用仪器简介 3.1.1 eh4 大地电磁法原理大地电磁法原理 eh4 电磁成像系统属于

43、部分可控源与天然源相结合的一种大地电磁测深系 统，深部构造通过天然背景场源成像（mt） ，其讯息源为 10hz100khz。浅部 构造则通过一个新型的便携式低功率发射器发射 1100khz 人工电磁讯号，补 偿天然讯号的不足，从而获得高分辨率的成像。 将大地看作水平介质，大地电磁场是垂直投射到地下的平面电磁波，则在 地面上可观测到相互正交的电磁场分量为 ex，hy；hx，ey。通过测量相互正交 的电场和磁场分量，可确定介质的电阻率值，其计算公式为： （3- 2 5 1 y x h e f 1） 式中，f 为频率，单位 hz；为电阻率，单位 m。由于地下介质是不均匀的， 因而计算的值称为视电阻率

44、值，探测深度理论上为一个趋肤深度，计算公式 为： . . （3-f/500 2） 为趋肤深度。上式表明，电磁波的透入深度随电阻率的增加和频率的降低而 增大。 在一个宽频带上测量 e 和 h，并由此计算出视电阻率和相位，可确定地下 构造。 对于更一般的不均匀大地，表面阻抗是空间座标的函数，完整的描述应当 是含有四个元素的张量，每个元素与场的正交分量有关： （3- y x yyyx xx y x h h zz z e e xy z 3） 此外，电阻率分布的不均匀性导致了电场梯度的变化，并且由此产生了磁 场的垂直分量。该磁场与水平磁场有关： （3- yyxxz hthth 4） 式中 张量 t 在磁

45、大地电流法中称为倾子，它与地磁测深确定的感应参数有关。 在地球物理勘探的 afmag 方法（音频天然磁场法）中，仅测量音频的三个磁 场分量（ward,1959；labs0n，1985） 。 要确定四个阻抗元素，需要几个极化不同的磁场。如振幅，相位和极化固 定不变的单一正弦形式的电场和磁场波列。通常用四个场分量的自功率谱或互 功率谱来计算阻抗（例如，v0z0f,1972） 。例如，这样计算出来的的一个解 xy z 是： （3- * * xxyyyxxy xxyxyxxx xy hhhhhhhh hhhehhhe z 5） 式中“*”号表示场量付氏变换后的复共轭， “ ”表示在频带内求平均。用电场

46、做 因子，可以得到阻抗的另一表达式： . . （3- * * xxyyyxxy xxyxyxxx xy eheheheh eheeehee z 6） 也可以用相关函数重写阻抗（swift,1967） ； （3- 2 2/1* 2/1* 1cohhxhy hxhycohexhxcohcohexhy hh ee z yy xx xy 7） 式中任意两个场 a 和 b 的相关 2/1* * )( b bbaa a cohab （3- 8） 在方程（3-7）中，z 的解受到磁场极化的很大影响。如果在用于计算功率 谱的频率区间内磁场极化固定不变，那么和的相关度接近 1，z 的解将 x h y h 很不稳

47、定。 由于的第一种表达式方程（3-5）或（3-6）能够看到噪声的影响。如果 xy z 磁场的自功率谱存在噪声成份，那么用方程（3-5）计算的阻抗将减小或畸变。 噪声可来自探头本身（或由探头的运动引起） ，来自采集或处理电子线路，或由 局部磁场不满足表面阻抗定义所要求的空间一致性条件而引起。如果使用方程 （3-6） ，那么自功率谱这一项是电场，且位于分子中，当电场含有噪声时阻抗 将增大或畸变。如果没有噪声，用两种方法计算的阻抗应当相等。除非用非常 大量的天然场数据来计算，否则这种情形是罕见的。一般来说两种计算结果是 不同的，这种情况是数据存在误差的反映。遗憾的是，在单点测量中没有办法 消除这种误

48、差。 总之，阻抗测量的质量即依赖于高讯噪比，又依赖于入射磁场正交分量之 间的低相关度。 无论用哪一种方法求得阻抗，都可以把它们代入原阻抗方程，由磁场测量 求出电场的期望值。电场的这个期望值和测量值之间的相关度是计算阻抗的“成 功性”的一种度量。采用某个阻抗值的通用准则是，电场测量值和期望值相关度 必须大于某一给定的标准，通常是 0.8 或更高。 . . 通过计算，可以把阻抗张量旋转到任意方向的坐标轴上。如果地质剖面是 真正二维的，这种旋转能到达某个角度，使得和变为零，和成 xx z yy z xy z yx z 为主阻抗元素。然后，由计算这些主阻抗元素得到的视电阻率和相位以使 和为最小的角度画

49、出曲线。一旦确定和之中的某个元素反映平 xx z yy z xy z yx z 行于走向的电场的阻抗，这个角度便产生阻抗的走向。 磁大地电流（mt）测量所碰到的主要问题是近地表电阻率（）的不均匀 性引起的静态畸变。这个问题的起因是非常简单的：在垂向电性构造的两侧， 水平电场 e 是不连续的，而通常在界面的两侧，电流密度 j 必须连续，由于电 场通过欧姆定律 j=e/与正常电流密度相联系，因此，电场不连续性 e1/e2等 于电阻率之比。这种不连续性与频率无关，因此使用低频通常认为 21/ 低频能探测较大深度不能避免这种电场的突变。在远离不连续性构造处的 场的衰减则受到频率的支配。因此，在接触面上

50、视电阻率反映半空间电阻率的 真实值，而在远离接触面的地方，随频率和距离按指数规律变化。 对该问题的一种解决办法是，使用长度大于地表地质体的电极距，用平均 的办法消除静态效应。事实上，这是在野外测量中使用尽可能长的电极距的一 个重要原因。然而这并不一个通用的解决办法，因为使用较长电极距测量的电 压差本身可能存在一个更大一些的但仍然是近地表的不均匀体的静态畸变。另 一种解决办法是使用高得多的频率对近地表特征进行填图，并把此种结果用于 深部构造的模拟和解释。还有其它两种办法：一是进行独立的电场测深，正确 地确定近地表地质体下的基岩的电阻率，然后简单地平移 mt 测深曲线到“正确” 的响应。另一种是，

51、如果能够修改地质模型的某些参数，例如到某一标志层或 基岩的深度，就能平移曲线来适应这一限制。 空间假频问题的正确解决办法是按照已经建立的奈奎斯特采样定理充分地 进行采样。在磁大地电流的情况，这就意味着用连续电偶极子剖面连续地测量 电场。这个思想是巴士蒂克（b0stick） （1986）提出的并且由多莱士威丁 （t0rresverdin）和巴士蒂克（b0stick）更详细地表达出来的（1992） 。 一旦充分地采样，就能容易地识别近地表畸变。更重要的是，能通过空间 滤波减小这种畸变。这个方法达到了与上面所述的长电极距平均效应相同的结 . . 果，不过因为对数据连续采样，可以设计一个带宽与频率成反

52、比的滤波器。在 高频端，滤波器是窄的，可以确定近地表的特征，当频率减小，研究较深部时， 滤波器变宽，用平均方法消除小规模的浅部特征并揭示深部目标的没有变的响 应。 总之，最佳解决方案是使用相对长的电极距和非常密的测点覆盖，用经济 可行的最小尺寸的网格单元来逼近连续网络覆盖。在这些方案中，电极距的长 度应和近地表地层的趋肤深度有相同的数量级，对于详查，100m 的测站间隔， 100m 的电极距长，1000的大地电阻率用 25khz 频率，10的大地电阻mm 率用 250khz 的频率。通常建议使用高频测量近地表构造（例如垂向接触面） 的参数，它们可能引起宽带资料的畸变。事实上，在某些情况下，高频

53、解释能 够用来修正低频数据的近态位移。 3.1.2 探测仪器简介及主要技术指标探测仪器简介及主要技术指标 1）探测仪器简介 本次物探探测利用美国产 eh4 连续电导率剖面仪，属大地电磁测深类勘探 仪器。该仪器采用独特的正交磁偶极可控源，结合地震仪技术，系统可自动、 多频率采集数据，勘探深度为几 m1000m，可现场实时成像，是目前浅层油 气、煤田、矿产、地下水、冻土层、山区工程及矿井工程勘探的最佳电磁仪器。 eh-4 大地电磁测量系统由以下几部分组成（图 3-1）： （1（接收机部分： 四个带有缓冲器的放大器，每个带有 26m 长的电极电缆，分别与不 绣钢电极相接； 一个模拟前端（afe）箱体

54、； 二支 bf6 型号的磁场线圈接收棒及与 afe 连接电缆； 主机及大线； 电源及电源线。 （2）发射机部分： 发射机箱体； 两付天线四段光纤玻璃管，内装电缆； . . 控制开关和 20 英尺长电缆； 电源及电源线。 （3）数据采集软件 完成数据采集工作和一维、二维数据处理的 imagem 采集及处理软件； emage-2d 数据处理解释软件。 图图 3-1 eh4 连续电导率剖面电磁测量系统连续电导率剖面电磁测量系统 2）主要技术指标 （1）eh-4 应用大地电磁法的原理，但使用人工电磁场和天然电磁场两种 场源，测量频带：1hz10khz（天然） ；100hz1khz（天然） ； 750h

55、z92khz（人工，天然） ； （2）四通道，能同时接收和分析 x、y 两个方向的电场和磁场全频带时间 序列，通过 imagem 软件反演 x-y 电导率张量剖面； （3）电极距在 1020m 范围内可调； （4）增益选择：根据电磁场信号的实际强度在 180db 范围内灵活选择； （5）50hz 陷波； （6）eh-4 仪器设备轻，观测时间短，完成一个近 1000m 深度的测深点， 大约只需 1520 分钟，这使它可以轻而易举实现密点连续测量（首尾相接） ，进 行 emap 连续观察，能够最大限度地消除静态效应。 （7）实时数据处理和显示，资料解释简捷，图象直观。 . . 3.2 试验工作试验

56、工作 3.2.1 试验地点试验地点 试验测线选择在神木县孙家岔镇某煤矿井田范围内，测线方位 s39e。根据 矿方提供的已知开采资料，测线南侧 200m 范围（测线桩号 200400m）为已知 开采区，测线桩号 0200m 为未开采区。开采 5-2煤，煤层厚度 3m 左右，煤层 倾角 12，煤层底板标高 990m，房柱式开采。测线地面标高 11221147m，煤 层埋深 132157m。 3.2.2 试验过程试验过程 （1） ex、hx 沿测线方向，ey、hy 垂直测线方向； （2） 电极距选择 20m，这样在点距 20m 的情况下，可实现 ex 的首尾相 接； （3）通过采集次数选择 8 次、

57、12 次和 16 次结果的比较，实测效果比较 接近，现场实测时可首先以 8 次采集，根据实测效果再增加 48 次。 （4）增益设置根据实际信号强度，尽量使采集信号最大，若中间出现信 号突然增强而溢出的现象，采集结束后再补测相同次数。 3.2.1 试验成果试验成果 表 3-1 为试验测线 5 号测点反演深度-电阻率结果。 （1）第四系地层在横向上电阻率变化范围大，以低阻特征为主，局部存在 高阻异常，这反映了地层在横向上的岩性变化。 （2）5-2煤及顶板 60m 范围内地层电阻率 5163；5-2煤顶板以上m 68m100m 范围地层电阻率 3245。5-2煤底板 35m 范围内地层电阻率m 49

58、53；5-2煤底板以下 53400m 范围地层电阻率 2642，局部稍高。mm 表表 3-13-1 试验测线试验测线 5 5 号测点反演深度号测点反演深度- -电阻率结果电阻率结果 标高/m/m标高/m/m 1144 1110.03 1096.33 1094.3 26.74 28.74 67.06 32.2 1003.55 989.06 972.96 956.17 55.33 53.44 51.58 48.88 . . 1091.16 1085.05 1083.52 1079.81 1074.09 1068.6 1065.19 1058.25 1049.79 1035.48 1031.05 1

59、022.89 1016.91 37.47 45.29 35.1 39.21 43.6 36.73 33.75 38.46 50.72 63.48 57.15 62.51 55.5 936.1 912.94 894.74 854.99 802.43 773.52 743.93 737.84 694.93 636.54 604.22 505.26 383.94 42.09 41.93 36.97 41.36 51.78 40.64 41.42 28.65 30.85 28.41 26.6 33.23 41.31 （3）图 3-2 为试验测线电阻率断面图。 桩号 0200m 段，沿 5-2煤及其顶底

60、板地层电阻率 5055，为正常地层m 电阻率特征，该段处于已知采空区外侧，推断为未开采区；桩号 200300m 段， 沿 5-2煤及其顶底板地层电阻率 80190，高阻特征明显，推断为开采回撤m 时回收煤柱形成的采空区，煤层覆岩具有垮落特征。桩号 300400m 段，沿 5-2 煤及其顶底板地层电阻率 5055，为正常地层电阻率特征，该段位于已知m 采空区内，与实际图纸对照中，该段正好位于残留煤柱上方。实测采空区与矿 方提供的采空区基本吻合。 020406080100120140160180200220240260280300320340360380400 900 950 1000 1050