左云县同发东周窑矿首采工作面探测技术方案

1、左云县同发东周窑矿8101首采工作面探测技术方案项目负责：崔健 项目人员：李瑞科、高士银、郭磊、孙雨辰北京捷奥斯地质勘查公司2011年7月1、概况受同煤集团同发东周窑煤业有限公司委托，北京捷奥斯地质勘查有限责任公司定于2011年7月对该公司指定的8101工作面面进行探测工作。根据项目要求，编制本次探测设计方案。 1.1 物探工作范围东周窑井田位于山西省左云县东，本次工作要求探测煤矿中指定工作面8101工作面（2101、5101巷）范围进行探测工作。1.2 地质任务根据同煤集团同发东周窑煤业有限公司的委托，本次探测工作需完成的地质任务是：利探测采面内断层、陷落柱等地质构造。实地井下踏勘，巷道内均

2、有金属网及槽钢支护，探地雷达及传统坑透方法无法完成探测，本次工作拟采用瞬变电磁法进行工作。1.3 交通及位置东周窑井田位于山西省左云县东，东起东周窑村，西至左云县城东；北起云西堡村，南至井儿沟村，东西长15.8km，南北宽14.4km。井田北东距大同市约60km,西距左云县县城约15km,邻近西北边界有109国道通过；井田内有东周窑煤炭集运站，与京包线、大秦线、北同蒲线相连；井田内各乡村、各煤矿之间有简易公路相通，通往全国各地，交通方便。2、地质及地球物理特征2.1 区域地层及煤层本井田位于大同煤田的北部西缘，地层由老之新为奥陶系、石炭系、侏罗系、白垩系及第三、第四系，其中侏罗系大同组及石炭系

3、太原组为两个主要的含煤系地层，主要的煤层由上至下有大同组的3、7、11、13号，山西组和太原组的山4、5、8号七层，岩浆岩较发育，常侵入石炭、二叠系地层，使山4、5号煤层部分被破坏。煤层在区内主要表现为半亮煤和半暗煤。煤岩组分以亮煤、半亮煤为主，暗煤少量。2.2 水文情况区内地下水以大气降水垂直入渗补给为主，年降水量少，降水绝大部分又形成洪流排向七磨河或十里河，对地下水补给不利。区内及附近无大的地表水体，地下水没有定水头补给，不会形成地下水富水区。本区为多开采煤层和多含水层的井田，水文地质勘探类型属裂隙含水层为主，水文地质条件简单，即类一型。部分老窑积水，老窑积水与其附近联通情况无法查明。在开

4、采石炭系煤层时遇老窑积水、突水是矿床充水因素之一。 碳酸盐岩岩溶裂隙水在区内广布、具承压性，富水性不均，有底板突水威胁存在。2.3 地球物理特征主要煤层及岩层的物性参数表 物性时代岩层煤炭质泥岩泥岩砂质泥岩粉砂岩细砂岩中砂岩粗砂岩砂砾岩石灰岩火成岩单位视电阻率中生代18313150738187868784古生代1841006989921099699110462340M(注:以上参数为加权平均值)由煤岩层物性参数表可以看出：煤层与岩层的物性差异很明显，不同岩层的物性，从泥岩到砂砾岩到煤，视电阻率有增高的趋势。粗砂岩及砂砾岩(主要指非煤系)常呈松散胶结,孔隙度较高，密度较小，从而使其电阻率明显降低

5、。煤层电阻率稳定，也给物探工作提供了客观基础条件。良性导电地质体产生的感应二次场与地质体的电阻率密切相关，电阻率越低、低电阻地质体规模越大，感应二次场越高、二次场衰减越慢。理论与实践证明，地层中含水断裂、陷落柱及采空区等电阻率明显低于周围岩层的电阻率，电性标志明显；与此对应，未充水陷落柱及采空区电阻率为明显高异常。根据赋水情况不同，表现为高电阻率（未充水陷落柱及采空区）或低电阻率（充水陷落柱采空区），在视电阻率剖面及平面图中表现为明显高阻或低阻异常，条带状低阻异常为含水断层，区内为裂隙含水层为主，推测大部分具有一定规模的断层含水。由此为本次井下探测提供了充分的物性基础。3、物探方法及原理3.1

6、 方法选择本次探测工作以探查采面内断层及陷落柱为主要目的，选用井下瞬变电磁法完成本次物探工作。使用中国地质大学高科资源探测仪器研究所生产的矿用隔爆兼本安型瞬变电磁仪（图1）进行数据采集。图1 矿用隔爆兼本安型瞬变电磁仪3.2 方法原理时间域瞬变电磁法是近十年发展起来的一种地球物理方法。它利用电磁感应原理，以介质的导电性、导磁性和介电性差异为物性基础，通过电性或磁性激发方式，即利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场（或电场），以激励探测目标感应二次场，在一次脉冲磁场（或电场）的间歇期间，利用线圈（或接地电极）测量二次场的响应。瞬变电磁法（TEM）是以地壳中岩（矿）石的导电性与导磁性差异为主要物质基

7、础，根据电磁感应原理，利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间隙期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场，并研究该场的空间与时间分布规律， 来寻找地下矿产资源或解决其它地质问题的一支时间域电磁法。图2 瞬变电磁法原理图通过近年来将瞬变电磁法应用于勘查领域的实践可以看出，与其它电探方法相比，它具有以下几个方面的主要优点：1）由于观测的是纯二次场异常，可以进行近区观测，因此自动消除了装置耦合噪声。可与欲测的含水目标层有最佳的耦合，具有较高的探测能力。2）对于受到导电围岩及低阻覆盖层等地质噪声干扰的含水目标层的分辨能力优于其它电探方法。3）可通过选择不同的时间窗口进行观测，有

8、效地压制地质噪声，可获得不同勘探深度。也可用加大发射功率的方法增强二次场，从而增加勘探深度。从而可以更好的反映地下的含水量大小。4）通过多次脉冲激发，场的重复测量叠加和空间域多次覆盖技术应用，提高信噪比和观测精度。5）装置形式灵活多样，可随不同工程任务的要求和施工场地的条件来选择合适的装置。具有施工方便、测地工作简单、工作效率高及地质效果好等优点。6）由于采用不接地回线，不存在接地电阻问题，特别是对于直流电法无法施工的地区，如在基岩出露区、冻土带、沙漠、水泥路面、江河湖海水面等地方，利用它均可进行测量，显示了它独特的优越性。这也为综合找水开拓了领域。矿井瞬变电磁和地面瞬变电磁法的基本原理的一样

9、的，理论上也完全可以使用地面电磁法的一切装置及采集参数，但受井下环境的影响，矿井瞬变电磁法与地面的TEM的数据采集与处理相比又有很大的区别。由于矿井轨道、高压环境及小规模线框装置的影响，在井下的探测深度很受限制，一般可以有效解释100-150m左右。另外地面瞬变法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自与地表以下半空间层，而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种响应来自回线平面上下（或两侧）地层，这对确定异常体的位置带来很大的困难。实际资料解释中，必须结合具体地质情况综合分析。具体来说矿井瞬变电磁法具有以下特点：1）受矿井巷道的影响矿井瞬变电磁法只能采用边长小于3m的多匝回线装置，这与地面瞬变电磁法相

10、比数据采集劳动强度小，测量设备轻便，工作效率高，成本低；2）采用小规模回线装置系统，因此为了保证数据的质量、降低体积效应的影响、提高勘探分辨率，特别是横向分辨率；3）井下测量装置距离异常体更近，大大的提高测量信号的信噪比，经验表明，井下测量的信号强度比地面同样装置及参数设置的信号强很多；4）地面瞬变电磁法勘探一般只能将线框平置于地面测量，而井下瞬变电磁法可以将线圈放置于巷道底板测量，探测底板一定深度内含水性异常体垂向和横向发育规律，也可以将线圈直立于巷道内，当线框面平行巷道掘进前方，可进行超前探测；当线圈平行于巷道侧面煤层，可探测工作面内和顶底板一定范围内含水低阻异常体的发育规律；5）矿井瞬变

11、电磁法对高阻层的穿透能力强，对低阻层有较高的分辨能力，在高阻地区如果用直流电法勘探要达到较大的探测深度，须有较大的极距，故其体积效应就大，而在高阻地区用较小的回线可达到较大的探测深度，故在同样的条件下TEM较直流电法的体积效应小得多。3.3 工作方法本次井下瞬变电磁法探测，由于在巷道内施工，受工作条件影响，拟采用重叠回线装置，多匝回线、大电流、小线圈，探测工作面内煤层视电阻率。多匝回线增加探测面积，并加大发射电流，可以更好的增加探测精度和深度，有效探测距离可达100-150米，完全满足本项目要求。仪器采集参数：（1）发射和接收线圈边长均为1米的正方形线圈（2）发射线圈匝数为4匝（3）接收线圈匝

12、数为5匝（4）仪器供电电流为50安培（5）供电脉宽10ms（6）采样率4S3.4 施工设计及要求计划实际施工布置10米点距，探测深度保守估计为100米，5101巷和8101巷均布置测点，达到不遗漏异常并相互验证的目的，见图3。井下测点的布置使用皮尺量距，并参考巷道内测点进行校正。图3 探测示意图瞬变电磁法探测具有一定的探测盲区，按照以往经验，探测盲区在10-15米左右。另外，若施工巷道内有大型金属物体，或大电流电缆，对探测结果有较大影响，在施工过程中要尽量予以避免。3.5 工程布置及工作量由于开展探测工作的2101和5101巷道内均有金属挂网及槽钢，因此为保证探测成果真实合理，在探测工作前先进

13、行试验工作，考虑到构造及巷道支护类型，计划在2101巷1900-2000米处和5101巷1450-1550米处开展瞬变电磁法试验工作。若试验效果良好，根据地质任务，结合实际井下巷道情况，本次瞬变电磁法探测工作，共计划布置测线2条，5101巷及8101巷，范围均为1250-2000米）。每隔10米布置一个测点，确保不遗漏工作面内地质异常，共布置约152个测点（图4）。图4 工程布置示意图4、专业报告提交的主要内容A、文字报告一份B、井下探测施工布置图C、煤层视电阻率平面图D、光盘一份5、工作安排试验工作为时1天，当天即可知道试验效果。若试验可行，则全部井下探测数据采集预计在3天以内完成，资料处理

14、及报告编制需7天左右，结合项目情况，预计整个工期为11天。遇不可抗拒因素顺延。6、主要安全质量管理措施6.1 质量保证措施在井下数据采集过程中采取以下质量保证措施： = 1 * GB3 数据采集前，仪器严格按说明书进行标定；对参与此项工程的人员加强质量意识的教育与管理；严格按照ISO：9001及2000质量管理体系的程序进行施工，加强自检与互检。对不符合质量要求的资料，查明原因，凡属主观因素造成的立即返工。 = 2 * GB3 严格按试验所确定的采样延时、叠加次数、发射电流等仪器的参数设置；施工过程中时刻检查仪器和导线的漏电情况，保证绝缘，避免观测曲线发生畸变，造成解释的错误； = 3 * GB3 在施工过程中，尽量减少测线方位与点距的偏差。受地形、地物条件等的影响，及时调整点距，并及时重测，以便最大限度地消除偶然误差而获得可靠、丰富的地质信息； = 4 * GB3 在全区布置一定数量的检查点（不少于5%），以检查观测资料的质量，检查点基本均匀分布在测区中。6.2 执行规范整个工作将严格执行下列规范：1、瞬变电磁法技术规程2、电阻率剖面法技术规程3、电阻率测深法技术规程6.3 安全管理措施1、建立以项目负责人为主的安全领导小组，确保井下施工安全。2、项目开始前开展安全生产教育，提高每位员工的安全意识。7、工程费用概算7.1 工程报价预算依据本预算参考国土资