高密度电法在煤矿采空区探查中的应用

第２２卷增刊　中国煤炭地质　Ｖｏ１．２２　Ｓｕｐ．　２０１０年８月　Ｃ０ＡＬ　ＧＥ０Ｌ０ＧＹ　０Ｆ　ＣＨＩＮＡ　Ａｕｇ．２０１０　ｄｏｉ：１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１６７４—１８０３．２０１０．Ｓ１．２２　文章编号：１６７４—１８０３（２０１０）Ｓ１—００７９—０４　高密度电法在煤矿采空区探查中的应用　李玉东，牛淑敏　（山东新汶矿业集团地质勘探公司，山东新汶２７１２２２）　摘要：在刘官庄矿地面二、四层露头区进行了地面高密度二维电法勘探，勘探共布设５条测线，通过对采集的数据　进行正反演处理，获得１　５　测线的电阻率断面图。从该成果图上可以看出，在２层煤与４层煤中，５条测线都存在低　阻异常。经钻探验证，在１　测线与５　测线相交位置，孔深３５．２１ｍ处为４煤层采空区；在２　测线孔深１９．３—２１．３ｍ处，　发现２煤层采空区，孔深３８ｍ时，发现４煤层采空区。　关键词：高密度电法：采空区；电阻率断面图　中图分类号：Ｐ６３１．３　文献标识码：Ａ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｉｎ　Ｃｏａｉｍｉｎｅ　Ｇｏｂ　Ａｒｅａ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　Ｌｉ　Ｙｕｄｏｎｇ。Ｎｉｕ　Ｓｈｕｍｉｎ　（Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｘｉｎｗｅｎ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ，Ｘｉｎｗｅｎ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２７　１　２２２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：２Ｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｆｏｒ　Ｎｏｓ．２　ａｎｄ　４　ｃｏａｌ　ｓｅａｍｓ　ｏｕｔｃｒｏｐｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｌｉｕｇｕａｎｚｈｕａｎｇ　ｃｏａｌｍｉｎｅ．Ｔｏｔａｌｌｙ　５　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ　ｈａｖｅ　ｌａｉｄ　ｏｕｔ，Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａｎｄ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ａｃｑｕｉｒｅｄ　ｄａｔａ，ｈａｖｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　Ｎｏｓ．１－５　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｓｅｃｔｉｏｎｓ．Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓｅｃｔｉｏｎｓ　ｃａｎ　ｆｉｎｄ　ｔｈａｔ　ｉｎ　Ｎｏｓ．２　ａｎｄ　４　ｃｏａｌ　ｓｅａｍｓ，ａｌｌ　５　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ　ｈａｖｅ　ｌｏｗ－ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ａｎｏｍａｌｉｅｓ．　Ａｆｔｅｒ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｔ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｉｎｅ　Ｎｏ．１　ａｎｄ　ｌｉｎｅ　Ｎｏ．５，ｂｏｒｅｈｏｌｅ　３５．２１ｍ　ｄｅｐｔｈ　ｈａｓ　ｆｏｕｎｄ　ｇｏｂ　ａｒｅａ　ｏｆ　Ｎｏ．４　ｃｏａｌ　ｓｅａｍ；　ａｔ　ｔｈｅ　ｌｉｎｅ　Ｎｏ．２　ｂｏｒｅｈｏｌｅ　ｄｅｐｔｈ　１９．３－２１．３ｍ　ｈａｓ　ｆｏｕｎｄ　ｇｏｂ　ａｒｅａ　ｏｆ　Ｎｏ．２　ｃｏａｌ　ｓｅａｍ，ｂｏｒｅｈｏｌｅ　ｄｅｐｔｈ　３８ｍ　ｇｏｂ　ａｒｅａ　ｏｆ　Ｎｏ．４　ｃｏａｌ　ｓｅａｍ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ；ｇｏｂ　ａｒｅａ；ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｓｅｃｔｉｏｎ　高密度电法的原理是以常规直流电阻率法为基　采集装置种类多，仪器轻便。该方法在不同领域受到　础，在探测剖面上同时布置多个电极，研究在施加电　广泛的应用。　场的作用下，地层传导电流的分布规律，兼具剖面法　１．１地球物理特征　和测深法的功能。既能提供地下地质体某一深度沿　煤系地层成层性较好，其电阻率与地层岩性对　水平方向岩性的变化情况，又能反映垂向岩性变化　应，具有较好的成层性规律，如果地层破碎富水，其　规律，一次可完成纵、横二维的探测过程，所以观测精　导电性增强，电阻率降低。下伏的徐灰、奥灰等灰岩　度高，采集的数据可靠，进而提高电阻率法的勘探能　富水地层，不富水时电阻率很高，如果岩溶、裂隙发　力。　育富水，电阻率降低，加之井下地温较高，灰岩水中　通过采用ＷＧＭＤ一５Ａ型高密度电法仪对刘官　导电离子丰富，进一步降低了富水灰岩的电阻率。　庄矿地面而、四层露头区进行了地面高密度二维电　１－２工程布置　法勘探。查明二、四层煤露头区采空区范围，为下一　由于周围建筑物较多．测线布置受到一定的影　步地质灾害评价、治理提供了依据。　响，因此，本次探测采用对称四极装置，共布置５条　１测量方法　测线，其中沿煤层走向布置４条测线，沿煤层倾向布　置１条测线。　高密度电阻率法是基于静电场理论，以探测目　１．３测量方法　标体的电性差异为前提进行的。该方法采集数据信　首先以固定点距沿地面（或井下巷道）测线布置　息量大，可进行层析成象计算，成图直观，可视性强，　一系列电极，相邻电极间距，将相距为一组的电极经　转换开关接到仪器上，通过转换开关改变装置类型．　作者简介：李玉东（１９６７一），男，１９８７年毕业于山东矿业学院计算机　一专业，工程师。　次完成该测点上各种装置形式的观测，一个测点　收稿日期：２０１０—０６—１０　观测完后，通过开关转换到下一相邻测点对应的电　责任编辑：孙常长　极，以相同方法进行该点观测，直到某一电极间距的　中国煤炭地质　整条剖面观测完为止。改变电极间距，重复以下观　测，直到有所不同电极间距的剖面观测完为止。　点距的选择主要依据探测精度要求，精度要求　第２２卷　是ＷＧＭＤ一５Ａ型分布式二维高密度激电测量系统。　本次共完成测线５条，共完成测线２０００ｍ。其采集参　数如下。　越高应越小。最大电极距大小，决定于预期探测深　度，探测深度越深，要求越大，但一般隔离系数最大　开设道数：最大８０道：　测量层数：１６～２１；测量方式：滚动：道距：５～　值不超过１５为好，当然。由于一条剖面地表测点总　１０ｍ；工作方法：对称四极；供电电压：１８０Ｖ。　数是固定的，因此当极距扩大时，反映不同勘探深度　的测点数将依次减少。　２资料解释及验证　１．４数据采集　２．１资料解释　数据采集是进行解释的基础，数据采集工作的　①１　测线电阻率断面图的８０　３２０ｍ位置．深度　好坏直接影响到解释成果的准确性。　在１８～３０ｍ范围内有１个低阻异常区，视电阻率小　本次地面高密度二维电法勘探数据采集使用的　于２０ｎ・ＩＩ１，其余位置底板地层电阻率值相对较高，　说明该处为２、４层煤采空区（图１）。　—一—●一■一—瞄国豳疆蟊一嘲口鹾魏圈●■■一一■一　２ｏ・２　５３・ｏ　。９　。６５由电阻率／０・阳宰溜．ｍ　５　２　６６　２　３９２　单位电极距为５早世电慑肥刀３．・　００１：　图１　１　测线电阻率断面图　Ｆｉｇｕｒｅ　１　Ｎｏ．１　ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｌｉｎｅ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｓｅｃｔｉｏｎ　②２＃测线电阻率断面图的１４５～２４０ｍ、２５０～　④４　测线电阻率断面图的１５５～２０５ｍ，深度在　３００ｍ、３４０～３９５ｍ、４２０—４５０ｍ、４６０～５４０ｍ位置，深度　４０ｍ左右有１个低阻异常区，其余位置底板地层电　在２０ｍ以下有５个低阻异常区，视电阻率小于　阻率值相对较高，推断该处可能为２层煤采空区。另　２０Ｑ・ｍ，其余位置底板地层电阻率值相对较高，说明　外，在１１５～２３０ｍ位置也存在１个低阻异常区，视电　该处可能为２层煤采空区。另外，在３３５～３７５ｍ位置　阻率也小于３０Ｑ・ｍ，推断该处应为４层煤采空区　也存在１个低阻异常区，视电阻率也小于２０Ｑ・ＩＴＩ，　（图５）。　推断该处应为４层煤采空区（图２，图３）。　⑤５　测线电阻率断面图的ｌ１０～１６０ｍ位置，存　（　３　测线电阻率断面图的１５０～２３０ｍ、２４０～　在１个低阻异常区，其余位置底板地层电阻率值相　３４５ｍ位置，深度在２５ｍ左右以下有２个低阻异常　对较高，推断该处可能为２层煤采空区。另外，在　区。视电阻率也小于２０１－１・ｍ，其余位置底板地层电　９０　１５０ｍ位置也存在１个低阻异常区，推断该处应　阻率值相对较高，推断该处可能为２层煤采空区。另　为４层煤采空区（图６）。　外．在８０～１４０ｍ位置也存在１个低阻异常区，视电　２－２验证　阻率也小于２Ｏ　・ｍ，推断该处应为４层煤采空区　①根据１　、５　测线所测的电阻率色谱断面图，在　（图４）。　１　测线２６０ｍ与５　测线９８ｍ相交位置布置１　探查　增刊　李玉东．等：高密度电法在煤矿采空区探查中的应用　％ＥＤ一１　ＭｕｌｔｉＥｌｅｃｔｒｏｄｓ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｚ０．　２．５６　ｌ７．９　３３．３　４８．６　．　０　８Ｏ．０　１６０　２．５６　ｌ７．９　３３．３　４８．６　深度　０．　１．２５　ｌ５．９　３３．８　５２．４　—一—●—●一—一锄鼹巍圈—一瞬疆口髓鼹一■●—●＿　１０．０　５０．０　９０．０　１３０　１７０　２１０　２５０　２９０　单位电极距为５．ＯＯｍ　电阻率／Ｑ・ｍ　图２　２　测线（西段）电阻率断面图　Ｆｉｇｕｒｅ　２　Ｎｏ．２　ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｌｉｎｅ（ｗｅｓｔ　ｓｅｃｔｏｒ）ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｐｓ．Ｚ２０５　２８５　眇　伽ｈ“　“　ｓｙ。　４４５　５２５　ｍ　Ｐｓ．Ｚ　２０５　５２５　ｍ　２．５６　１７．ｇ　３３．３　４８．６　深度第４次迭￣ｅ．Ａｂｓ误差＝６．１％　２０５　２８５　３６５　５２５　Ⅲ　Ｉ●●—●ｌ＿嘲—一豳ｉｌｌ隧西口—■嘲－—一ｉｌｌ●一　０‘０　ｏ・ｏ　９０－０　。０电阻率　・审阳　７／ｏ０．　ｍ　　。　。０　２９０　单位电极距为５早性　惯ｍ刀０．‘　０Ｕ０Ｕｍ　图３　２　测线（东段）电阻率断面图　Ｆｉｇｕｒｅ３　Ｎｏ．２　ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｌｉｎｅ（ｅａｓｔ　ｓｅｃｔｏｒ）ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｓｅｃｔｉｏｎ　０　ｌｌ　２５　ｌ５．９　３３．８　５２．４　ＩｉｌｌＩ—一—●嘲－囡曩—●嘲口—曩嘲一－—●一　２２．９　４２．４　７８．５　１４６　２７０　５００　９２７　１７１７　电阻率／０・ｍ　单位电极距为５．００＝　图４　３　测线电阻率断面图　Ｆｉｇｕｒｅ　４　Ｎｏ．３　ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｌｉｎｅ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｓｅｃｔｉｏｎ　８１　８２　中国煤炭地质　第２２卷　恻ｉｉ－ｉ叠墨豳　灞●　一圈隧瞄麟礴黧　—　鞠髓嘲ｉ　一　ｌｌ！器ｌ　ｌ＿！　电阻率单位／Ｏ・　甲　晨Ｉ一　图５　４　测线电阻率断面图　Ｆｉｇｕｒｅ　５　Ｎｏ．４　ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｌｉｎｅ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｓｅｃｔｉｏｎ　＿０　一０　口４Ｏ一３　电阻率／Ｑ・　Ｉ。　。Ｉ　Ｉ　图６　５　测线电阻率断面图　Ｆｉｇｕｒｅ　６　Ｎｏ．５　ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｌｉｎｅ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｓｅｃｔｉｏｎ　孔，经钻探验证，在３４．３～３６．３ｍ时，无掉钻现象，孔　深至３５．２１ｍ处时全部漏水，有抽风现象，并且从取　３结论　①本次电法探测工程施测合理，数据采集质量　较好，电阻率断面图反映清晰，达到设计要求。　出的岩心中有破碎的小煤块，由此推断此处为煤４　采空区。　②根据２　测线所测的电阻率色谱断面图，在２　测线１５０ｍ处布置　探查孔，经钻探验证，孔深ｌ９．３—　②经过进一步对采空区进行钻探，已证明推断　的异常区均为实际采空区，矿方已确定治理方案，避　免了刘官庄煤矿采空区范围内地质灾害的发生。　参考文献：　［１】赵育台．中国煤炭电法勘探技术的发育与实践【Ｊ１中国煤田地质，　２００３，（６）．　２１．３ｍ处。煤岩层较破碎，孔深１９．３ｍ处全部漏水，从　取出的岩心中伴有淤泥，由此可推断此处为２层煤采　空区，孔深３４．５～３６．５ｍ处有掉钻现象，掉钻２ｍ，孔深　３８ｍ处，出现抽风现象，并从取出岩心中可见破碎的　小块煤屑，由此可推断此处为４层煤采空区。　［２］郑向东，高宇平，刘胜，等．煤炭高密度空间采样地震勘探方法研　究及应用效果　．中国煤炭地质，２００８，（１）．