综合物探方法在煤矿勘查工作中的应用

煤矿现代化　２０１５年第５期　总第１２８期　综合物探方法在煤矿勘查工作中的应用　任豫涛　，　（１．太原理工大学矿业工程学院，山西太原０３００２４；２．山西省煤炭地质１１４勘查院，山西长治０４６０１１）　摘要在煤矿生产过程中，为了查明矿区地质构造变化及煤层采空区范围或积水情况，为下一步生　产建设提供科学的技术依据，往往需要使用地球物理方法从事地面勘探工作，而常规方法通常是采用　几种物探手段相结合，本文结合小南村煤矿地质工作勘查实例，介绍综合地球物理方法（二维、三维地　震勘探、瞬变电磁勘探及直流电测深法）在勘查工作中运用及取得的成果，指导煤矿安全生产。　关键词三维地震；二维地震；构造；瞬变电磁法　中图分类号：Ｐ６３１　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００９—０７９７（２０１５）０５—００４８—０４　本次综合勘探工程涉及地震勘探及地面电法勘　庄、工厂密集分布，居民、厂房建筑加之漳泽水库，形　　探工作，在认真分析该区已有地质资料和现场踏勘　成多块大面积连续障碍，给野外采集带来极大困难。　的基础上，依据地质任务要求及相关规范，编写了工　勘探区浅层地震地质和施工条件差，施工难度大。２．２深层地震地质条件　程设计，后经矿方及监理方审查通过，将勘探区内小　１．本区石炭、二叠系含煤地层沉积稳定，岩性组合　南村和南岗村一带地面障碍复杂区块的三维地震勘　探改为二维地震勘探，工区南部２０ｍ道距改为１０ｍ　及地球物理性质规律较稳定。主要目的煤层山西组　的３号煤和太原组１５号煤层与围岩的测井曲线响　道距，同时在后继勘探工作中进行瞬变电磁法勘探，　成为一个较复杂的综合勘探工程，以便能够较好地　应特征明显，速度、密度等物性差异突出。　勘探区内主要煤层埋藏深度范围为２１０～５００ｍ。　解决矿方所提地质任务。　其中３号煤层位于山西组下部，平均煤厚７．０７ｍ，结　ｌ　工区概况及地球物理特征　构简单，为稳定可采煤层，由于煤层与围岩之间的波　１．１工区概况　阻抗差异显著，可形成能量强、波形突出、连续性好，　　小南村煤矿位于山西省长治市屯留县中华村、　易识别的以３号煤层为主的复合反射波Ｔ３波。ｌ５号煤层位于太原组下部，与上部３号煤平均　呈寺村一带，行政区划隶属屯留县上村乡小南村管　辖。本次物探勘探面积为３．１ｋｍｚ，勘探区内地势低　间距为１１０ｍ，平均煤厚３．３９ｍ，较稳定，可形成能量　平，地表总的趋势为西高东低，最高点位于井田东北　较强、波形突出、连续性较好，较易辨认的煤层反射　部边界处，标高９２９．１０ｍ，最低点在东南部边界处沼　波。但由于受上部Ｔ３波强反射的屏蔽作用，Ｔ１５波　泽地，标高８９９．１０ｍ，最大相对高差３０ｍ，大部分标高　能量、振幅变弱，连续性变差。基本可以在全区进行　为９０５～９２５ｍ。　对比追踪，可作为本次地震勘探的主要反射波和构　本区含煤地为石炭系中统本溪组、上统太原组；　造解释的依据。总之，本区深层地震地质条件一般。　二叠系下统、下统下石盒子组；煤层主要赋存于石炭　１．２．３　电性地球物理特征分析　系上统太原组和二叠系下统山西组。其中山西组赋　岩石的导电性与其岩性及含水性相关。在细致　存１、２、３号煤层，太原组赋存５、７、８－２、９、１１、１２、　的划分中，煤层的电阻率高于砂岩、泥岩及砂土、粘　１３、１４、１５（１５—１、１５—２、１５—３）号煤层。　土，粘土的电阻率最低。通常各层位电性在横向上是　１．２地球物理特征　相对均一的。当存在地电异常体，如富水区（积水采　１．２．１　浅层地震地质条件　空区、断层、裂隙带等）将出现局部低电阻率异常区。　表ｌ　勘探区地层与电－ｌ生特征表　勘探区内地形平坦，地表多为耕植土覆盖，潜水　位埋深一般为１８～２５ｍ，其下为砾石、沙层互层，根　据低速带调查资料，褐黄、棕黄色亚粘土波速一般为　３００～７００ｍ／ｓ，对地震勘探有效波吸收强烈，致使高　频信息严重衰减。根据以往小折射资料可知激发层　位选择在粘土层或潜水面下，可取得较理想的目的　层反射波组。　地下约５￣６ｍ处有一尺厚的砂礓石，勘探区内村　・４８・　煤矿现代化　２０１５年第５期　总第１２８期　ＳＥＧ—Ｙ；④采样间隔：ｌｍｓ；⑤记录长度：１．５ｓ；⑥前放　增益：１２ｄｂ、全频接收。　３．２瞬变电磁法　位置相符。地震勘探获得的Ｔ１５波，主要为１５—１、　瞬变电磁法采用大回线源装置分别进行了频率　试验（５Ｈｚ、２５Ｈｚ、８．３３３Ｈｚ），电流试验（１２Ａ、１４Ａ、　１６Ａ、１８Ａ）。通过试验频率选用５Ｈｚ，边框为试验　４００ｍ×４００ｍ和６００ｍ×６００ｍ发射线框，电流试验选　择分别对同一点用不同电流进行测试，试验结果表　明当电流大于１６Ａ时，衰减曲线稳定且基本一致，而　电流小于１６Ａ时，数据晚期信号有较大起伏，抗干扰　１５—２、１５—３号煤层形成的复合波，受到３号煤层的　强反射屏蔽作用，振幅稍弱，连续性、信噪比一般，全　区能基本连续追踪。地震勘探以Ｔ１５波进行了１５号　煤层的断裂构造和其它地质现象的对比解释，依据勘　探区ｌ５号煤层对应的Ｔ１５波计算求得１５号煤层底　板标高，绘制了勘探区１５号煤层底板等高线图，其精　度较３号煤层精度稍差，亦能满足勘探精度要求。　４．３煤系地层各含水层的水力联系　煤系地层的主要含水岩层的富水情况直接影响　能力减弱，因此生产中选择电流为大于１８Ａ。　区内钻孔补８地面标高９１４．０３ｍ，３号煤标高大　约６４８．５３ｍ。为保证探测到奥灰岩顶界面及以下深　度，ＴＥＭ法最大目的探测深度需８００ｍ左右。经孑Ｌ旁　试验，最终确定ＴＥＭ方法的施工仪器参数，试验结　果如下：①发送线框边长６００ｍ　Ｘ　６００ｍ；②发射电流　１６Ａ；③接收频率５Ｈｚ；④采集时间２ｍｉｎ，增益Ｘ４。　４勘探成果　４．１　３号煤层底板形态、埋深及控制精度　本次勘探区内３号煤层的底板形态总体为一走　向北东，两翼基本对称的向斜和一北东向背斜。向斜　位于勘探区西北部，走向北东，贯穿整个工区。两翼　基本对称，南翼平缓，倾角西向东从１１。逐渐增大到　２３。，北翼较陡，地层倾角由西向东一般为２ｌ。　２５。。两翼发育两组走向北东，倾向相对的正断层，　向斜南翼以中华正断层和Ｆ２断层为主，以中华正断　层一１为分界线，形成走向北东，倾向北西的断层组；　向斜北翼以安昌正断层为主，以Ｆ３为分界线，形成　走向北东，倾向南东的断层组。背斜位于勘探区南　部。背斜轴呈北东向展布，倾角较小，一般２。～４。，　断裂不发育，构造简单；并在背斜两翼分别发育两个　小型向斜。煤层赋存最深处底板标高为４２０ｍ，位于　０１０１钻孔西北部，勘探区北部边界；最浅处底板标高　为７２０ｍ，位于勘探区东部，水库管理站附近。本次地　震勘探所获得的煤层反射波组中，３号煤层对应的　Ｔ３波能量强，信噪比高，真实清楚地反映了３号煤层　的起伏形态与构造展布趋势，地震勘探以Ｔ３波进行　了３号煤层的对比解释与底板标高计算，其精度较　高，满足勘探精度要求。　４．２　１５号煤层底板形态、埋深及控制精度　勘探区内仅有４口钻孔，施工深度达到１５号煤　层。从地质成果上看，ｌ５号煤层与３号煤层间距较稳　定（约为１ｌＯｍ），底板起伏形态总体一致。煤层赋存　最深处底板标高为３１０ｍ，最浅处底板标高为６１０ｍ。　煤层埋深最浅、最深处位置与赋存标高最大、最小值　・５０・　到煤矿今后的安全生产，我们主要通过对各主要含　水岩层富水综合平面图的富水异常区的综合分析来　确定其水力联系。　通过对区域水文地质资料分析，煤系地层中各主　要含水岩层间由于隔水层的存在，相互之间并不导　通，奥灰岩溶发育区与煤系地层各主要含水岩层的富　水异常区间上下并不贯通，结合水文地质资料和钻孔　资料，可以得出在石炭系中统存在的本溪组铝土质泥　岩隔水层，可有效阻隔中奥陶统灰岩水与煤系地层岩　层水的水力联系。但在砂岩裂隙、灰岩岩溶相对发育　的断层及陷落柱导水地段，具有水力联系。　电法勘探成果显示，３号煤层顶板局部富水，Ｋ８　砂岩在测区的中部局部富水，与３号煤层顶板没有　水力联系，突水危险性较小；其它在构造以外的区　域，富水异常重合的地段受采动影响，隔水层受到扰　动破坏存在突水危险的可能性。　４．４断层、陷落柱的富水性及导水性　为查明构造的富导水情况，根据三维地震勘探　解释成果对构造进行地面测线加密控制。由于测区　中北偏东部有两个大型村庄，整个范围宽３６４ｍ，长　１　１８０ｍ，电法工作无法控制村庄底部的断层，受地物　局限，仅能局部控制中华正断层及陷落柱Ｘ３。陷落　柱Ｘ２为局部控制。Ｆ２断层：位于勘探区西南边界，　近东北向横穿半个测区，断层落差０～４５ｍ。　根据地震资料，测区内陷落柱有３个：Ｘ１、Ｘ２、　ｘ３。对陷落柱富水及导水性的分析解释与断层类似。　解释结果以上构造均为富、导水构造。　５　结论　本次地震资料的解释，采取常规时间域追踪对　比和多种地震属性参数切片相互验证的方法，较好　地完成了本勘探区构造的精细解释和陷落柱、采空　区的分析研究；在电法数据处理过程中严格按照《规　范》进行，实行目标处理，结合多种方法、多种参数对　瞬变电磁、电测深数据进行精细处理，获得了客观、　真实反映实际的电法多参数综合资料解释图件。　煤矿现代化　２０１５年第５期　总第１２８期　钢缆带式输送机急停装置改造　刘红铭　（义煤公司跃进煤矿，河南义马４７２３００）　摘要现主井输送带上的安全保护为水银脱槽开关，发生紧急事故时，无法立即停输送带，此时会　对乘坐人员带来危险。安装拉线开关布满整个巷道，人员在任何地点发生危险都可紧急停输送带。　关键词钢缆带式输送机；安全保护；拉线开关；改造　中图分类号：ＴＤ５３４．６　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００９—０７９７（２０１５）０５—００５１—０２　跃进煤矿主斜井提升方式为一部ＧＤＳ一１００钢缆　带式输送机，为我矿咽喉部位，不仅承载着我矿产煤，　还关系着工人们上、下井。现主井输送带上的安全保　护为水银脱槽开关，当输送带掉槽时，输送带压到脱　槽开关后保护动作，输送带停运。托槽开关主要安装　于上下输送带钢丝绳的正下方，人员乘坐在上输送　带，发生紧急事故时，无法立即停输送带，此时会对乘　主井输送带乘人段输送带１５００ｍ，计划安装急　停装置３６个，暗主井输送带乘人段输送带１３００ｍ，　计划安装急停装置３２个，主井和暗主井的急停装置　分别分成１０段，在机房操作台加信号控制开关，出现　报警时能从开关显示出是哪一段故障，便于及时恢　复，出现紧急情况时能够将信号短接，并将其接于机　房安全回路中便于使用，制作专用支撑安装在上输　送带东侧的墙壁上，下输送带有脱槽开关暂不安装。　１．２前期准备和安装　开关的选型：ＫＨＪ急停闭锁开关　１．２．１适用范围　坐人员带来危险，因此根据《煤矿安全规程》规定，该　保护装置不完整，不符合要求，必须整改添加。故我矿　准备在上输送带的侧面安装拉线急停装置。拉线急停　装置相互连接，布满整个输送带巷道，通过拉线进行　连接，在人为的作用下开关动作促使输送带急停，人　员在上输送带任何地点，任何时间都可实现带式输送　机的停车，可有效保护上井人员的安全。　ＫＨＪ３０／１０（原型号：ＫＧＴ一１）急停闭锁开关适用　于具有爆炸性混合气体的危险场所以及露天煤矿、　选煤厂等工作场所，作为矿用带式输送机综合保护　控制装置的紧急停车信号检测之用。　１．２．２使用方法　１　方案研究　在研究安装改造方案的过程中，为使拉线开关　安装合理、维护方便、美观实用、互换性强，我们通过　带式输送机正常运转时，急停开关摇臂置于垂　直位置，当发生人身或设备事故时，拉动拉绳，使开　多方对比，重点考察了ＫＨＪ型矿用急停传感器的使　用效果，并与焦作华飞的技术人员结合，对急停传感　器与带式输送机电控的对接装置，进行了理论模拟　和实际试验，取得了好的效果，然后根据输送带巷道　中输送带架的安装情况，进行实地测量，统一设计，　然后加工安装。　１．１设备改造方案　根据钢缆带式输送机现场基本情况及要求，确　定改造方案。　关摇臂转动且带动转轴转动，凸轮机构迫使开关同　时动作，切断带式输送机控制回路或发出故障停机　信号。急停开关动作同时机械闭锁键自动闭锁。当事　故排除后，必需人工按动复位键，ＫＨＪ一１２／０．５型矿　用隔爆。急停开关摇臂在弹簧机构作用下，恢复到正　常工作状态。　１．２－３具体参数　接点容量：３０Ｖ／ＩＯＡ；接点接触电阻≤Ｏ．１　Ｑ；振　动、冲击后≤０．２Ｑ；动作力：６０Ｎ±１０Ｎ；复位力：　西部探矿工程，２０１２（０１）　通过综合物探方法的使用，充分利用二维、三维　地震勘探方法和瞬变电磁法可以有效解决煤矿地球　物理探测所提地质任务。　参考文献：　［１】吴有信．综合物探方法在煤矿采空区及其含水性勘察中　的应用［Ｊ】．工程勘察，２００５（０４）．　【３】马杏垣．解析构造　Ｍ］．北京：地质出版社，２０ＨＤ４（１１）　作者简介：　任豫涛（１９８６一），男，山西长治人，在读硕士，物探工程师，　主要从事煤田地球物理勘探工作。　（收稿日期：２０１５—８—２６）　・［２】付玉刚，张宏．综合物探方法在煤矿防治水中的应用【Ｊ１．　５１・