地面电法在山西某煤矿陷落柱富水性勘探中的应用

魏宏超

（陕西地矿物化探队，陕西西安 710043）

地面电法在山西某煤矿陷落柱富水性勘探中的应用

魏宏超

（陕西地矿物化探队，陕西西安 710043）

钻探资料显示，山西某煤矿主采煤层3煤层存在陷落柱。为查明陷落柱的富水性，进行了直流电法及瞬变电磁法相结合的勘探工作。利用直流电法确定了第四系与基岩的分界线；而瞬变电磁法探测准确的解释了陷落柱的位置及富水性。探测结果表明，3#煤层的陷落柱虽具有较强富水性，但因其具有较好的密闭性，并未与上部砂岩及下部灰岩之间形成导水通道。

瞬变电磁法；直流电法；陷落柱；富水性

山西某煤矿属黄土高原丘陵地带，四周环山，中间低平，最高点位于井田南部，海拔约+1 003m，东南高于西北，相对高差215m，地表冲沟呈南北向发育。矿区地表多被第四系黄土覆盖，仅在局部出露有二叠系下石盒子组、山西组，奥陶系中统峰峰组。据勘查及矿井揭露资料，本井田地层发育情况由老至新有：奥陶系马家沟组、峰峰组，石炭系本溪组、太原组，二叠系山西组、下石盒子组，上石盒子组；第四系。主要含煤地层为山西组和太原组，其中3煤层全区稳定可采。现有资料表明在勘探区南部附近有X2陷落柱。为查明采空区南部X2积水情况，决定进行地面瞬变电磁法与直流电法勘探。

1 直流电测深

直流电测深法的工作效率虽低，但分层效果较好，浅部勘探能力强，可以辅助解释第四系、基岩面埋深和富水性。本次直流电测深进行了对称四极装置的试验，试验表明最大120m的AB/2极距可解释第四系基底（基岩风化带）深度。

直流电测深处理首先进行一维反演确定第四系与基岩界面深度，然后根据反演视电阻率、深度，绘制测线的电阻率断面图，用于下一步的解释。图1是100线直流电测深视电阻率断面图，红线为圈定的第四系和基岩分界面，可以看出富水性强的的附近视电阻率相对较低。

图1 100线直流电测深视电阻率断面图

2 瞬变电磁

瞬变电磁勘探使用重叠回线装置，结合本区的水文地质条件，进行了仪器参数试验，确保能记录到较晚延时的衰变电压具有较大的勘探深度。通过试验选择重叠回线发射线圈10匝2m边长正方形，接收线圈20匝1m边长正方形。仪器参数选用增益8、延时70μs、时窗范围1-28、叠加次数256。

瞬变电磁法观测数据是测点在各个延时（时窗）的瞬变感应电压，同一个测点不同延时（时窗）的感应电压不仅与某个深度的地层电阻率具有一定的相关性，而且和该深度上覆地层电阻率相关。图2是采空区测线的瞬变电磁法视电阻率拟断面图，由图可以采空区附近视电阻率异常，解释与富水有关。

图2 100线瞬变电磁法视电阻率拟断面图

3 陷落柱解释

瞬变电磁视电阻率拟断面图作为含水异常的辅助解释图，含水地质体的同点装置瞬变电磁异常反映为电阻率高或电阻率等值线的急剧变化，这一点与直流电测深不同，这是由于含水地质体上二次感应电压低和集流效应、激发极化效应的存在引起的。

图3 104线视电阻率拟断面图

在本次勘探区内主要的地质构造为X2陷落柱，根据补充勘探线分析，勘探区内96线、100线、104线穿过陷落柱。图2、图3即为穿过陷落柱X2的测线视电阻率拟断面图。通过对断面图分析，可以看出在陷落柱X2（图中红色圆圈）处电阻率明显高于周围测点位置。根据同点装置瞬变电磁含水异常反映为电阻率高或电阻率等值线的急剧变化的解释原则，结合收集地质资料综合推断X2陷落柱含水，富水性较强，主要表现为陷落柱边界部含水。

通过对勘探1区内的X2的陷落柱附近的多测道曲线和视电阻率拟断面图分析，可以确定X2陷落柱的富水性较强，但没有形成3#煤层与上部砂岩水、下部灰岩水的通道。

4 结束语

瞬变电磁勘探是基于地质体的电性差异进行异常解释的，引起地质体电性差异的因素很多，同时瞬变电磁勘探与其它物探方法一样具有多解性，因此，解释结果应与井下揭露地质情况进行对比，以便及时修正解释结果，提高资料解释的精度和准确性。

[1] 方良成，吴荣新，张爱华.煤层工作面内陷落柱综合物探探查[J].中国煤炭地质，2013，（11）.

[2] 尹奇峰，潘冬明，于景邨，等.煤矿陷落柱地震识别技术研究[J].地球物理学进展，2012，（5）.

[3] 段建华，许超.地面物探技术在煤矿隐蔽致灾地质因素探测中的应用[J].中国煤炭地质，2015，（10）.

Application of Ground Electrical Method in Water-Rich Exploration of Karst Collapse Column in A Coal Mine in Shanxi Province

Wei Hong-chao

According to drilling data，there is a collapse column in the main coal seam 3 coal seam of a coal mine in Shanxi province.In order to find out the water-richness of the collapse column，the direct current method and the transient electromagnetic method are combined to carry out the exploration work.The boundary line between Quaternary and bedrock is determined by direct current method，while transient electromagnetic method is used to explain the position and water-richness of the subsided column. The results show that the collapsing column of 3 # coal seam has strong water-tightness，but it does not form water-conducting channel between upper and lower limestone.

transient electromagnetic method；direct current method；subsided column；water rich property

TD745

B

1003-6490（2016）11-0093-02

2016-10-27

魏宏超（1967—），男，陕西西安人，助理工程师，主要研究方向为地球物理勘探。