綜合物探技術在泰華煤業50104 工作面中的應用

劉健

（河北煤炭科學研究院有限公司 河北省礦井物探工程中心，河北 邢臺 054000）

本次綜合物探探測地點為神木市泰華煤業有限公司50104 工作面，為查明該工作面內部及外圍一定范圍內的巖層富水情況，尤其是周邊老空區內的富水情況，為將來該工作面的回采工作提供一定的數據及技術支持，2021 年10 月，河北煤炭科學研究院有限公司地質物探中心對該地區進行了現場探測。

1 勘查區主要情況

1.1 地質概況

勘察區為瀑河一級支流西水泉溝谷流域，地處低山區。北部、西部、南部3 面環山，地勢高，中部及東部地勢低。北部山峰海拔為700 ～800 m，最高峰802 m；西部山峰海拔為650 ～750 m，高峰754 m；南部山峰海拔為800 ～1000 m，最高峰臥龍峰海拔1047 m。最低處在北門村附近，為溝谷下游匯入瀑河處，海拔為465 m。北部、西部、南部3 面山峰多呈北西向，或北東向排列，總體上呈“兩山夾一溝”地形。

區內地形切割強烈，相對高差大，溝谷發育，這樣的地形分布特征，總體上控制了區內地表水、地下水流動系統特征，即大氣降水、地下水從西面、北面、南面向中間匯聚入西水泉溝谷后，沿西水泉溝谷從西北向東南流，最終流入瀑河。

1.2 地層巖性

勘察區由老到新，從西北向東南，依次出露有太古界、元古界、中生界和新生界地層。

1.2.1 太古界

太古界變質巖分布在勘察區北部。

遷西群（Arqn2） 巖性主要為透斜長角閃巖夾透輝巖、蛇紋大理巖、斜長變粒巖、淺粒巖，頂部夾麻粒巖。

1.2.2 元古界

勘察區出露元古界地層，包括長城系（Ch） 和薊縣系（Jx），分布在中部干溝門—山灣子一帶。巖性主要為灰巖、白云巖、砂巖、石英砂巖及頁巖等。

常州溝組（Chc）：巖性下部主要為灰白、灰紫色薄—厚層狀砂礫巖，中—粗粒石英砂巖，斜層理發育；中部主要為灰黑、灰黃色薄層粉砂巖夾黑色頁巖及中厚層石英巖狀砂巖；上部主要為乳白色、灰紫色厚層狀細粒長石石英砂巖，局部含鐵。

串嶺溝組（Chch）：巖性主要為雜色薄層粉砂巖、頁巖，夾薄層石英砂巖，下部含褐鐵礦及赤鐵礦鮞粒。

團山子組（Cht）：巖性主要為含燧石短條帶砂泥質白云巖，灰質白云巖夾粉砂質頁巖，鈣質頁巖。

大紅峪組（Chd）：灰白、褐黃色石英砂巖、含硅質條帶白云巖夾頁巖，具動水波痕。

高于莊組（Chg）：分四段。一段(Chg1)，巖性主要為雜色含錳白云巖，白云質灰巖夾鈣質粉砂巖及粉砂質頁巖，含疊層石；二段(Chg2)，巖性主要為深灰-棕褐色中厚-厚層狀微含錳白云巖夾含錳頁巖、石英砂巖，含疊層石；三段(Chg3)，巖性主要為淺灰、深灰色薄-中層白云質灰巖，具硅質或泥質條帶；四段(Chg4)，巖性主要為深灰色厚-巨厚層瀝青質白云-灰巖，含燧石條帶及團塊，具貓眼狀構造。

楊莊組（Jxy）：巖性主要為灰白、紫紅、磚紅色薄層狀泥砂質白云巖；底部為灰白色含燧石角礫白云巖。

霧迷山組（Jxw）：分四段。一段(Jxw1)，巖性主要為灰質白云巖、白云質灰巖、燧石條帶白云質灰巖、燧石條帶灰質白云巖夾砂質白云質灰巖及紋層狀藻白云巖；二段(Jxw2)，巖性主要為灰質白云巖、白云巖及藻紋層白云質灰巖夾大量燧石條帶白云質灰巖，疊層石白云質灰巖；三段(Jxw3)，巖性主要為灰質白云巖為主夾少量藻紋層白云質灰巖及小型柱狀疊層石白云質灰巖，下部含較多燧石條帶；四段(Jxw4)，巖性主要為白云質灰巖、灰質白云巖及藻灰質白云巖為主夾大量燧石條帶白云質灰巖、燧石條帶灰質白云巖。

1.2.3 中生界

勘察區出露中生界地層包括：侏羅系（J），分布在東部。

髫髻山組（J2t）：底部巖性主要為巖屑凝灰巖；中上部主要為灰綠、灰紫色安山巖，安山質、英安質熔角礫巖，夾火山碎屑巖，粗面巖及凝灰質砂巖。

后城組（J2h）：下部巖性主要為紫灰、綠灰色厚層狀安山質礫巖夾薄層砂巖；中部主要為紫、紫褐、褐灰色含礫砂巖；上部主要為灰、灰褐色礫巖，砂巖，夾磚紅、灰綠色泥質粉砂巖，粉砂質泥巖。

1.2.4 新生界

勘察區出露新生界地層包括：第四系上更新統（Q3al） 和全新統（Q4al+pL），主要分布在溝谷緩坡地帶。

第四系上更新統（Q3al）：以沖積物為主，巖性主要為褐黃色黃土狀土夾含砂礫黃土狀土。主要分布在西水泉河下游西水泉—會州城一帶，地處河谷或山麓緩坡地帶，構成河流的Ⅰ級階地，厚7 ～15 m。

第四系全新統（Q4al+pL）：以沖積、洪積物為主，巖性主要為砂卵礫石，含亞砂土層，主要分布在西水泉河谷地帶。厚度為5 ～15 m。西水泉水源地一帶厚10 ～12 m。

2 探測方法及原理

在正常環境下，有很多因素會影響到地下巖層巖石的電阻率，主要是巖石的礦物組成成分、結構、構造、巖石的空隙、裂隙發育程度和含水性等。重要的造巖礦物如云母、石英、長石等硅酸鹽類礦物的電阻率達到了106 Ω·m 以上，所以礦物骨架的電阻率是非常高的，對巖石的電阻率變化起主要作用的是巖石的含水性、空隙裂隙發育程度及水的礦化度。

據此，采用四極電測深探測技術，可查明該地區地下一定范圍內的巖層富水情況，對探測控制范圍內水文地質條件做出科學評價。

3 工作布置及工作量

根據探測目的、地質條件及現場工作環境，不同探測方法選用最佳工作設計和施工。

3.1 瞬變電磁技術

此次瞬變電磁工作采用加拿大GEONICS 公司的PROTEMCM瞬變電磁儀。工作現場接收、發射框間距10 m，發射頻率25 Hz。發射框尺寸1 m×1 m，接收線框為1D 線框。積分時間15 s，數據采集采用30 門。探測范圍為50104 整個工作面，設計測點間距10 m，具體探測角度如圖1 所示，共完成多角度測線長1940 m。

圖1 井下瞬變電磁探測角度示意Fig.1 Underground transient electromagnetic detection angle

3.2 無線電波坑道透視技術

此次坑透工作采用中煤科工集團重慶研究院WKT-E 型無線電波透視儀，發射頻率選用0.5 MHz，探測范圍為50104 整個工作面。該工作面長970 m，沿回風巷、運輸巷分別布置發射點20 個，共計40 個。發射點間距50 m，每個發射點接收15個點，接收點間距10 m，接收點共計約600 個。

3.3 主要技術措施和質量評述

為了采集到高質量的第一手資料，確保資料的可靠性，嚴格按照《煤田電法勘探標準》 《無線電波坑道透視規范》 （企業標準），采取如下技術措施。

（1） 增加測點密度。無線電波坑道透視技術布置發射點時保證各發射點之間間距50 m，各接收點之間的間距為10 m，在另一巷的扇型對稱區間接收15 個點（巷道兩端除外），以確保采面內各物理測點有2 次以上覆蓋?，F場測量期間，復測率達到100%，復測誤差＜5%，數據真實、有效，符合《規程》要求。

（2） 瞬變電磁法觀測的是二次瞬變場，二次瞬變電場采集數據信噪比的增加能對地下特征物的位置、形狀和特征給出更詳細和更準確的判斷。為排除巷道內干擾，現場測量工作中采取以下技術措施：①縮小發射線框尺寸，將2 m×2 m 方形線框改裝成1 m×1 m 線框，避免水管和電纜橫穿線框情況的出現；②發射和接收線框放置時，盡量躲開各類金屬物，最大限度地減少各種金屬體對電磁波的吸收；③巷道內電纜在測量期間采取停電措施，以減少周期性環境噪音的影響。

4 資料成果解析

4.1 無線電波坑道透視

圖2 為50104 綜采工作面無線電波坑道透視實測場強解析曲線圖，圖中橫坐標為接收點位置，縱坐標為實測場強值H（dB）。依據坑透實測場強信號的強弱，此次無線電波坑道透視探測未發現地質異常體。

圖2 50104 綜采工作面無線電波坑道透視實測場強曲線Fig.2 Field strength curve measured by radio wave tunnel perspective in No.50104 fully mechanized face

4.2 瞬變電磁

經室內TEMINT 專用解析軟件對原始數據的分析處理，繪制出50104 綜采工作面瞬變電磁探測電阻率對數等值線斷面圖，如圖3、圖4 所示，圖中曲線為電阻率對數等值線，不同色界代表視電阻率相對高低，數值越小，視電阻率越低，富水性相對越強。

圖3 50104 工作面瞬變電磁視電阻率等值線斷面圖Fig.3 Transient electromagnetic apparent resistivity contour map of No.50104 face

圖4 50104 工作面瞬變電磁視電阻率等值線斷面圖Fig.4 Transient electromagnetic apparent resistivity contour of No.50104 face

此次瞬變電磁沿探測方向有效解析距離為120 m，盲區20 m。在探測范圍內未發現相對低阻異常區。

5 結語

通過在神木市泰華煤業有限公司50104 綜采工作面的綜合物探技術探測工作可以看出，采用綜合物探技術對工作面內部及外圍一定范圍內巖層的富水情況探測成果明顯，準確率高，通過對瞬變電磁技術及無線電波坑道透視技術進行現場探測和數據的后期整理分析，可以準確的判斷出在50104 工作面內部及外圍一定范圍內沒有明顯的相對低阻異常區，很好的了解了勘察區一定范圍內巖層的富水情況，為后期該工作面的回采工作的開展提供了重要的技術依據。