基于电法勘探井田含水区的实践与分析*

2022-08-18马汉文

江西煤炭科技 2022年2期

石岩，张倩，马汉文

（潞安职业技术学院，山西长治 046204）

我国在经济发展过程中，煤炭需要量不断攀升。由于煤炭资源赋存条件的不均衡、复杂水文地质条件等的影响，使矿井煤炭安全开采受到水害威胁[1-6]。因此，采用较好的物探方法，以确定煤层中富水区、采空区积水分布变得尤为重要。本文主要采用地面瞬变电磁法针对西易煤矿井田北区含水情况进行勘探研究。

1 工程背景

西易煤矿位于山西朔州市平鲁区，矿井生产能力为0.9 Mt/a。矿井四周分别为山西茂华东易煤业、中煤东坡煤业和中煤安家岭露天煤矿。本矿区井田面积不规则，东西宽1.4 km，南北长3.4 km，井田面积2.6 km2。井田主要包括6 层煤，自上而下分别为4-1、4-2、5、8、9、11 号煤层，其中4-1、4-2、9、11 号煤层为全区稳定可采煤层，煤层厚度及层间距如表1 所示。矿井正常涌水量20.8 m3/h，最大涌水量25.2 m3/h。

表1 井田北区可采煤层特征

本次为确定井田北区4#煤、9#煤及11#煤层含水分布而进行探测，勘探测面积总计1.1 km2，勘探区坐标范围如图1 所示。

图1 勘探区位置

井田内煤层埋藏较浅，煤层采空后形成的塌陷区和地表裂缝将对矿坑充水，暴雨时节可能引发水害事故。井田北区（F1）和中南区（F2）发育2 条逆断层，F1断层走向北东－东，倾向东南，倾角75°，落差39 m；F2断层，走向北东，倾向东南，倾角45°，落差40 m。断层易导通地下水，本矿开采时有可能发生突水事故。

据矿井资料，对煤层开采导水裂缝带高度进行计算评价：据钻孔揭露，井田内4-1#煤层埋藏深度最浅为13 号钻孔，深度为97.91 m，而4-1#煤层导水裂缝带最大延伸高度为91.9 m，未到达地表；4-2#煤层导水裂缝带为56.6 m，能到达4-1#号煤层，但未到达地表；9#煤层导水裂缝带高度最大值为175.5 m，其导水裂缝带高度可导通上覆煤层中的4-1#、4-2#煤层，甚至可以直达地表，继而影响地表建筑；11#煤层冒落带高度包含9#煤层，使得9#煤层导水裂缝带高度可以延伸达到4-1#、4-2#煤层。综上所述，若4#煤层开采后，其形成的采空区积水对9#煤和11#煤层开采均存在威胁。同时，导水裂缝带导通各含水层，从而影响矿井涌水量。因此，对井田含水层的确定变得尤为重要。

2 物探勘测方法简述

矿井物探勘探常采用地面瞬变电磁法，它是勘查井田构造、采空区等地质构造的有效电测方法。该设备具有穿透高阻值覆岩的能力，亦对低阻的区域产生较为灵敏的反应。而且设备体积效应较小，更易获得、分析电阻率异常情况，继而能够准确划定含水、富水区。根据设备断电后不同时间间隔的二次场与时间的变化情况，可得到不同深度的电性特征。对于定源回线装置，瞬变电磁场表达式为：

式中：q为接收线圈有效面积；R为发送回线半径，发送回线为矩形时，；a为地下导体的半径；h为导体的中心埋深；τ为时间常数，k=2πR/τ。

本区瞬变电磁施工装置为重叠回线装置，平面采集网度为40 m×20 m，在勘测区域内布置36 条瞬变电磁测线，共计1 555 个测点，其中设置1 493 个瞬变电磁测点，50 个检查点，12 个试验点。使瞬变电磁测点中的检查点占全区域内观测物理测点总数的3.21%，从而保证符合检查点数不得少于总测点数目的3%的要求，其平均相对误差为6.7%，总均方相对误差为7.3%。考虑到煤层的视电阻率值高于其他各个岩层，更加易于判断煤层位置；且工作面采空区视电阻率值同样也远高于煤层和岩层，表现为高阻异常；但当工作面采空区积水后视电阻率值远远低于周边岩石，表现为低电阻异常。