防治水中物探方法(煤銷集團講座)

防治水中物探方法(煤銷集團講座)第一頁，共40頁。目錄前言一、礦井水簡介二、物探的概念及分類三、電法勘探簡介四、地震勘探簡介五、常用的煤礦水文物探儀器六、水文物探方法應(yīng)用小結(jié)

第二頁，共40頁。前言1、探明含水體對于煤礦安全生產(chǎn)、安全防護(hù)及合理規(guī)劃

意義重大。

2、物探方法是一種快速、經(jīng)濟、有效的煤礦水文地質(zhì)方法。3、煤礦水文物探=水文地質(zhì)+礦井地質(zhì)+物探（地震+電法）。

4、物探方法復(fù)雜，物探儀器繁多，物探成果具有多解性。

5、選擇合理的物探方法。

6、堅持防治水“16字方針”，特別是“有掘必探”。第三頁，共40頁。一、礦井水簡介1、礦井水分類（按含水層空隙性質(zhì)）

孔隙水、裂隙水、巖溶水、老空水2、礦井水的來源（1）大氣降水

調(diào)查（2）地表水調(diào)查（3）含水層水水文鉆探+物探（地面）（4）老窯水物探（地面+井下）+鉆探（井下）（5）斷層（陷落柱）水物探+鉆探（井下）第四頁，共40頁。3、礦井水害類型（1）采空區(qū)老窯水突出——重大人員傷亡（2）底板突水——巨大經(jīng)濟損失（3）煤層頂板含水層涌水——影響生產(chǎn)（4）斷層、陷落柱突水（5）封堵不良的鉆孔等其它突水方式（6）煤礦生產(chǎn)中的其它地質(zhì)問題第五頁，共40頁。二、物探的概念及分類1、什么是物探地球物理勘探就是用專門的儀器，觀測這些地球物理異常，取得它們(在時間和空間上)的分布及形態(tài)等有關(guān)地球物理資料，然后結(jié)合已知地質(zhì)資料進(jìn)行分析研究，推斷地下地質(zhì)構(gòu)造，或確定介質(zhì)的性質(zhì)，從而達(dá)到解決地質(zhì)問題的目的。第六頁，共40頁。按物理場分：重力、磁法、電法、地震、放射性、地?zé)?/p>

按工作空間分：地面、井下、井中、海洋、航空按勘探目的分：金屬、石油、煤田、水文、工程、環(huán)境、軍事2、物探方法分類第七頁，共40頁。3、目前常用的防治水物探方法（1）電法地面：瞬變電磁法、常規(guī)直流電法、高密度電法、CSAMT井下：瞬變電磁法、三極直流電法、無線電坑透（2）地震三維地震（地面）（3）放射性

測氡（地面）第八頁，共40頁。三、電法勘探簡介1、什么是電法勘探電法勘探是以巖、礦石之間電學(xué)性質(zhì)的差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究與這些差異有關(guān)的電場或電磁場在空間或時間上的分布特點和變化規(guī)律，來查明地下地質(zhì)構(gòu)造和尋找地下電性不均勻體的一類勘查地球物理方法。第九頁，共40頁。方法特點主要應(yīng)用范圍直流電法1）理論方法成熟，施工技術(shù)簡單，抗干擾。2）體積效應(yīng)大，勘探深度越大，分辨率越低；3）施工效率低，工作量大。主要用于淺部（小于500米）的水文勘探工作，如：第四系含水層、覆蓋層厚度、斷層裂隙帶、巖溶、采空區(qū)等的勘查。瞬變電磁測深法1）體積效應(yīng)小、分辨力高、施工效率高；2）能穿透高阻屏蔽層，勘探深度大；3）抗干擾能力比直流低；受地表人文設(shè)施干擾大。5）存在淺部勘探盲區(qū)。主要用于中深部（小于1000米）水文勘探工作，如：砂巖富水區(qū)、斷層裂隙帶、巖溶裂隙、采空區(qū)等的勘查。CSAMT1）能穿透高阻屏蔽層，勘探深度大；2）橫向分辨力高、施工效率高；3）受地表不均勻體影響大（靜態(tài)效應(yīng)）；4）存在過渡區(qū)；5）資料處理解釋復(fù)雜?？捎糜谥猩畈浚蛇_(dá)1500米）水文勘探工作，如：砂巖富水區(qū)、斷層裂隙帶、巖溶裂隙、地?zé)岬鹊目辈椤?、常用地面水文電法技術(shù)及特點第十頁，共40頁。3、地面瞬變電磁法的問題（1）地形復(fù)雜時地形影響難以完全消除。（2）易受地面高壓線、河流、水庫、地下管網(wǎng)及其它鐵磁性物質(zhì)干擾。（3）上部低阻體易對下部形成低阻屏蔽，形成垂向上的低阻串。（4）相對于橫向而言，垂向分辨率低，深度誤差大。（5）網(wǎng)度（線距*點距）問題?？傮w而言，該方法仍以定性解釋為主。第十一頁，共40頁。21141210152視電阻率等值線斷面圖第十二頁，共40頁。K4砂巖富水異常平面圖第十三頁，共40頁。4、常用井下水文電法技術(shù)及特點（1）井下直流電法勘探特點：

理論成熟、淺部勘探精度高；體積效應(yīng)大；由于高阻煤層屏蔽影響，能反映底板以下地質(zhì)情況；工作效率低、勞動強度大；施工條件受巷道空間、長度的影響較大。

探測結(jié)果受巷道內(nèi)局部電性不均勻體影響較大。方法多，井下主要是高密度電法及三極直流測深法。裝置多，常用的有電測深（三極測深、四極測深）、電剖面法（三極剖面、偶極剖面）。第十四頁，共40頁。高密度電阻率法探測底板（淮北）第十五頁，共40頁。三極直流超前探測及底板探測解釋成果圖

（柳林）

第十六頁，共40頁。（2）井下瞬變電磁法由于井下測量環(huán)境與地表不同，只能采用邊長小于3m的多匝小線框，因此與地面瞬變電磁法相比具有數(shù)據(jù)采集工作量小，測量設(shè)備輕便，工作效率高，成本低等優(yōu)點。由于采用小線圈測量，點距更密（一般為1~5m），可降低體積效應(yīng)，提高勘探的橫向分辨率。井下測量裝置靠目標(biāo)體更近，將會大大提高異常體的感應(yīng)信號強度。由于瞬變電磁法關(guān)斷時間的影響，與其它物探方法相比無法探測到更淺部的異常體，在淺部形成20m左右的盲區(qū)。礦井瞬變電磁法勘探受井下金屬儀器設(shè)備（采煤機械、變壓器、金屬支架等）的影響較大。第十七頁，共40頁。超前探測時發(fā)射線框的角度第十八頁，共40頁。

井下瞬變電磁法迎頭超前探測(頂板、順層、底板)第十九頁，共40頁。

井下瞬變電磁法工作面內(nèi)探測陷落柱

（晉中煤運某礦15101皮帶順槽

，多匝1.5m×1.5m方形回線，測點間距為1.5米

，發(fā)射頻率為8.3Hz

）第二十頁，共40頁。

井下瞬變電磁法探測空巷及老窯積水

（晉城煤運某礦北回風(fēng)大巷，多匝方形回線，測點間距為1米

，發(fā)射頻率為8.3Hz

）第二十一頁，共40頁。

井下瞬變電磁法迎頭超前探測

（汾西紫金礦3203切眼迎頭，南東高北西低，坡度在10°左右）

（超前探測分為煤巷探測和巖巷探測，單次探測和跟蹤探測）第二十二頁，共40頁。（3）井下無線電波透視（坑透）

無線電波透視法是通過研究電磁波在坑道間的傳播特性和被介質(zhì)吸收的情況來尋找圈定各種目標(biāo)的。所用頻率屬高頻頻段，一般為一百千赫至幾十兆赫。無線電波遇到電性不同的目標(biāo)體時會發(fā)生反射、折射、透射、邊緣繞射以及對波的吸收等現(xiàn)象，因而改變了場的分布形態(tài)。無線電波透視法主要應(yīng)用于探測工作面內(nèi)構(gòu)造，如陷落柱、斷層、煤層變薄區(qū)等。對穿距離200m左右。第二十三頁，共40頁。定點法觀測示意圖

定點法觀測時,發(fā)射機的位置在一定的時間內(nèi)相對固定,接收機在一定的范圍逐點觀測其場強值,即定點發(fā)射,多點接收。,可對工作面全面覆蓋兩次,不留盲區(qū),并能運用兩巷定點交匯法,根據(jù)坑透綜合曲線圖,具體確定地質(zhì)異常體的性質(zhì)和空間位置及大小。定點法是井下常用的觀測方法。

用同步法觀測時,發(fā)射天線和接收天線分別位于不同的巷道中,同時作等距離移動,逐點發(fā)射和接收。用這種方法觀測容易形成盲區(qū),有漏測的可能。

第二十四頁，共40頁?？油阜ㄌ綔y工作面內(nèi)陷落柱

第二十五頁，共40頁。5、井下瞬變電磁法存在的問題

（1）探測距離（深度）有限，有效探測距離一般小于80m。（2）易受巷道內(nèi)礦車、采煤機、電纜、錨網(wǎng)、鐵路等鐵磁性物質(zhì)干擾。（3）有盲區(qū)，約20m。（4）缺規(guī)范。（5）設(shè)計、報告無審查。第二十六頁，共40頁。四、地震勘探簡介1、什么是地震勘探實質(zhì)：地震勘探就是用人工方法(如爆炸，敲擊等)產(chǎn)生振動(地震)，研究振動在地下的傳播規(guī)律，以查明地下地質(zhì)情況和有用礦藏(如石油，煤田等)的一種地球物理勘探方法。第二十七頁，共40頁。二維地震勘探時，只能得到射線平面內(nèi)的地質(zhì)信息，射線平面只垂直于地下反射界面，不一定垂直于地面。這就是為什么要做3D。第二十八頁，共40頁。三維地震：一次激發(fā)，沿“面積”全面觀測３Ｄ數(shù)據(jù)體，得出測區(qū)以下的三維信息。3D地震可利用得到的射線平面以外的信息，消除旁側(cè)干擾，使構(gòu)造歸位。3-D觀測面第二十九頁，共40頁。三維地震數(shù)據(jù)體（霍爾辛赫）第三十頁，共40頁。三維地震時間剖面（霍爾辛赫）X8陷落柱T3T15第三十一頁，共40頁。三維地震成果第三十二頁，共40頁。1、得到的是高密度三維信息，處理后提供高密度的三維數(shù)據(jù)體；2、通常會得到較小的深度誤差（不大于2%）;3、在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)可得到較準(zhǔn)確的構(gòu)造（斷層、陷落柱、采空區(qū)）信息（大于5m的斷層，大于30m的陷落柱）;4、能預(yù)測煤層厚度變化、沖刷帶等;三維地震勘探的特點：第三十三頁，共40頁。1、地形高差太大時，平面擺動范圍大；2、干黃土厚時，信噪比低，分辨率低;3、煤層或采空區(qū)埋深淺時，效果差;4、一般來說，不能直接解決與水有關(guān)的問題;5、不同的地震地質(zhì)條件，勘探成本差異大。三維地震勘探的問題：第三十四頁，共40頁。五、常用的煤礦水文物探儀器1、地面電法儀器GDP-32（美國）、V8（加拿大）、PROTEM系列（加拿大）、TERATEM（澳大利亞）2、井下電法儀器

礦井全方位探測儀（西安）、直流電法儀（重慶、西安）瞬變電磁儀（福州、武漢）、音頻電穿透儀（西安）、另外，還有地質(zhì)雷達(dá)、反射波、折射波、槽波地震、瑞雷波、巖體聲波探測等方法和儀器。3、地面地震勘探儀器

408、428系列（法國）、SN388（美國）、ARIES（加拿大）

第三十五頁，共40頁。（一）地面物探目前可解決的水文地質(zhì)問題：1）采空區(qū)范圍及積水情況。2）新生界地層富、含水區(qū)范圍。3）煤系地層各富、含水層范圍。4）煤層和奧陶系灰?guī)r頂界面起伏形態(tài)及巖溶發(fā)育狀況。5）推測煤層與奧陶系灰?guī)r之間有無導(dǎo)水通道。6）對勘探區(qū)發(fā)育的斷層、陷落柱，探測其富水性并推測導(dǎo)水狀況。六、水文物探方法應(yīng)用小結(jié)第三十六頁，共40頁。（1）小窯采空區(qū)范圍及積水探測方法：瞬變電磁、激電、測氡、高密度電法

（2）含水層富水區(qū)及構(gòu)造富導(dǎo)水探測

方法：瞬變電磁目的和任務(wù)為：1）探測新生界地層富含水區(qū)范圍。2）探測煤系地層各富含水層范圍。3）探測奧陶系灰?guī)r巖溶發(fā)育狀況。4）推測煤層與奧陶系灰?guī)r之間有無導(dǎo)水通道。5）對勘探區(qū)發(fā)育的斷層、陷落柱及三維地震勘探解釋的斷距≥5米的斷層、長軸直徑≥20米的陷落柱，探測其富水性并推測導(dǎo)水狀況。

第三十七頁，共40頁。瞬變電磁資料分析——

視電阻率剖面圖和3號煤層順層視電阻率切片圖綜合分析（二）井下物探（1）超前探測目的和任務(wù)：探測井下巷道測幫、迎頭前方0~100米范圍內(nèi)的斷層及含水、導(dǎo)水構(gòu)造、陷落柱及其富水性等。方法：瞬變電磁法、直流電法目前能解決的地質(zhì)問題有：1）煤層中的各種小斷層（如坑透），2）煤系地層中的巖溶陷落柱（如直流電法、TEM）3）煤層頂?shù)装辶严都捌浞€(wěn)定性(如直流電法)，4）煤層自然發(fā)火地帶，