综合物探技术在泰华煤业50104 工作面中的应用

刘健

（河北煤炭科学研究院有限公司 河北省矿井物探工程中心，河北 邢台 054000）

本次综合物探探测地点为神木市泰华煤业有限公司50104 工作面，为查明该工作面内部及外围一定范围内的岩层富水情况，尤其是周边老空区内的富水情况，为将来该工作面的回采工作提供一定的数据及技术支持，2021 年10 月，河北煤炭科学研究院有限公司地质物探中心对该地区进行了现场探测。

1 勘查区主要情况

1.1 地质概况

勘察区为瀑河一级支流西水泉沟谷流域，地处低山区。北部、西部、南部3 面环山，地势高，中部及东部地势低。北部山峰海拔为700 ～800 m，最高峰802 m；西部山峰海拔为650 ～750 m，高峰754 m；南部山峰海拔为800 ～1000 m，最高峰卧龙峰海拔1047 m。最低处在北门村附近，为沟谷下游汇入瀑河处，海拔为465 m。北部、西部、南部3 面山峰多呈北西向，或北东向排列，总体上呈“两山夹一沟”地形。

区内地形切割强烈，相对高差大，沟谷发育，这样的地形分布特征，总体上控制了区内地表水、地下水流动系统特征，即大气降水、地下水从西面、北面、南面向中间汇聚入西水泉沟谷后，沿西水泉沟谷从西北向东南流，最终流入瀑河。

1.2 地层岩性

勘察区由老到新，从西北向东南，依次出露有太古界、元古界、中生界和新生界地层。

1.2.1 太古界

太古界变质岩分布在勘察区北部。

迁西群（Arqn2） 岩性主要为透斜长角闪岩夹透辉岩、蛇纹大理岩、斜长变粒岩、浅粒岩，顶部夹麻粒岩。

1.2.2 元古界

勘察区出露元古界地层，包括长城系（Ch） 和蓟县系（Jx），分布在中部干沟门—山湾子一带。岩性主要为灰岩、白云岩、砂岩、石英砂岩及页岩等。

常州沟组（Chc）：岩性下部主要为灰白、灰紫色薄—厚层状砂砾岩，中—粗粒石英砂岩，斜层理发育；中部主要为灰黑、灰黄色薄层粉砂岩夹黑色页岩及中厚层石英岩状砂岩；上部主要为乳白色、灰紫色厚层状细粒长石石英砂岩，局部含铁。

串岭沟组（Chch）：岩性主要为杂色薄层粉砂岩、页岩，夹薄层石英砂岩，下部含褐铁矿及赤铁矿鲕粒。

团山子组（Cht）：岩性主要为含燧石短条带砂泥质白云岩，灰质白云岩夹粉砂质页岩，钙质页岩。

大红峪组（Chd）：灰白、褐黄色石英砂岩、含硅质条带白云岩夹页岩，具动水波痕。

高于庄组（Chg）：分四段。一段(Chg1)，岩性主要为杂色含锰白云岩，白云质灰岩夹钙质粉砂岩及粉砂质页岩，含叠层石；二段(Chg2)，岩性主要为深灰-棕褐色中厚-厚层状微含锰白云岩夹含锰页岩、石英砂岩，含叠层石；三段(Chg3)，岩性主要为浅灰、深灰色薄-中层白云质灰岩，具硅质或泥质条带；四段(Chg4)，岩性主要为深灰色厚-巨厚层沥青质白云-灰岩，含燧石条带及团块，具猫眼状构造。

杨庄组（Jxy）：岩性主要为灰白、紫红、砖红色薄层状泥砂质白云岩；底部为灰白色含燧石角砾白云岩。

雾迷山组（Jxw）：分四段。一段(Jxw1)，岩性主要为灰质白云岩、白云质灰岩、燧石条带白云质灰岩、燧石条带灰质白云岩夹砂质白云质灰岩及纹层状藻白云岩；二段(Jxw2)，岩性主要为灰质白云岩、白云岩及藻纹层白云质灰岩夹大量燧石条带白云质灰岩，叠层石白云质灰岩；三段(Jxw3)，岩性主要为灰质白云岩为主夹少量藻纹层白云质灰岩及小型柱状叠层石白云质灰岩，下部含较多燧石条带；四段(Jxw4)，岩性主要为白云质灰岩、灰质白云岩及藻灰质白云岩为主夹大量燧石条带白云质灰岩、燧石条带灰质白云岩。

1.2.3 中生界

勘察区出露中生界地层包括：侏罗系（J），分布在东部。

髫髻山组（J2t）：底部岩性主要为岩屑凝灰岩；中上部主要为灰绿、灰紫色安山岩，安山质、英安质熔角砾岩，夹火山碎屑岩，粗面岩及凝灰质砂岩。

后城组（J2h）：下部岩性主要为紫灰、绿灰色厚层状安山质砾岩夹薄层砂岩；中部主要为紫、紫褐、褐灰色含砾砂岩；上部主要为灰、灰褐色砾岩，砂岩，夹砖红、灰绿色泥质粉砂岩，粉砂质泥岩。

1.2.4 新生界

勘察区出露新生界地层包括：第四系上更新统（Q3al） 和全新统（Q4al+pL），主要分布在沟谷缓坡地带。

第四系上更新统（Q3al）：以冲积物为主，岩性主要为褐黄色黄土状土夹含砂砾黄土状土。主要分布在西水泉河下游西水泉—会州城一带，地处河谷或山麓缓坡地带，构成河流的Ⅰ级阶地，厚7 ～15 m。

第四系全新统（Q4al+pL）：以冲积、洪积物为主，岩性主要为砂卵砾石，含亚砂土层，主要分布在西水泉河谷地带。厚度为5 ～15 m。西水泉水源地一带厚10 ～12 m。

2 探测方法及原理

在正常环境下，有很多因素会影响到地下岩层岩石的电阻率，主要是岩石的矿物组成成分、结构、构造、岩石的空隙、裂隙发育程度和含水性等。重要的造岩矿物如云母、石英、长石等硅酸盐类矿物的电阻率达到了106 Ω·m 以上，所以矿物骨架的电阻率是非常高的，对岩石的电阻率变化起主要作用的是岩石的含水性、空隙裂隙发育程度及水的矿化度。

据此，采用四极电测深探测技术，可查明该地区地下一定范围内的岩层富水情况，对探测控制范围内水文地质条件做出科学评价。

3 工作布置及工作量

根据探测目的、地质条件及现场工作环境，不同探测方法选用最佳工作设计和施工。

3.1 瞬变电磁技术

此次瞬变电磁工作采用加拿大GEONICS 公司的PROTEMCM瞬变电磁仪。工作现场接收、发射框间距10 m，发射频率25 Hz。发射框尺寸1 m×1 m，接收线框为1D 线框。积分时间15 s，数据采集采用30 门。探测范围为50104 整个工作面，设计测点间距10 m，具体探测角度如图1 所示，共完成多角度测线长1940 m。

图1 井下瞬变电磁探测角度示意Fig.1 Underground transient electromagnetic detection angle

3.2 无线电波坑道透视技术

此次坑透工作采用中煤科工集团重庆研究院WKT-E 型无线电波透视仪，发射频率选用0.5 MHz，探测范围为50104 整个工作面。该工作面长970 m，沿回风巷、运输巷分别布置发射点20 个，共计40 个。发射点间距50 m，每个发射点接收15个点，接收点间距10 m，接收点共计约600 个。

3.3 主要技术措施和质量评述

为了采集到高质量的第一手资料，确保资料的可靠性，严格按照《煤田电法勘探标准》 《无线电波坑道透视规范》 （企业标准），采取如下技术措施。

（1） 增加测点密度。无线电波坑道透视技术布置发射点时保证各发射点之间间距50 m，各接收点之间的间距为10 m，在另一巷的扇型对称区间接收15 个点（巷道两端除外），以确保采面内各物理测点有2 次以上覆盖。现场测量期间，复测率达到100%，复测误差＜5%，数据真实、有效，符合《规程》要求。

（2） 瞬变电磁法观测的是二次瞬变场，二次瞬变电场采集数据信噪比的增加能对地下特征物的位置、形状和特征给出更详细和更准确的判断。为排除巷道内干扰，现场测量工作中采取以下技术措施：①缩小发射线框尺寸，将2 m×2 m 方形线框改装成1 m×1 m 线框，避免水管和电缆横穿线框情况的出现；②发射和接收线框放置时，尽量躲开各类金属物，最大限度地减少各种金属体对电磁波的吸收；③巷道内电缆在测量期间采取停电措施，以减少周期性环境噪音的影响。

4 资料成果解析

4.1 无线电波坑道透视

图2 为50104 综采工作面无线电波坑道透视实测场强解析曲线图，图中横坐标为接收点位置，纵坐标为实测场强值H（dB）。依据坑透实测场强信号的强弱，此次无线电波坑道透视探测未发现地质异常体。

图2 50104 综采工作面无线电波坑道透视实测场强曲线Fig.2 Field strength curve measured by radio wave tunnel perspective in No.50104 fully mechanized face

4.2 瞬变电磁

经室内TEMINT 专用解析软件对原始数据的分析处理，绘制出50104 综采工作面瞬变电磁探测电阻率对数等值线断面图，如图3、图4 所示，图中曲线为电阻率对数等值线，不同色界代表视电阻率相对高低，数值越小，视电阻率越低，富水性相对越强。

图3 50104 工作面瞬变电磁视电阻率等值线断面图Fig.3 Transient electromagnetic apparent resistivity contour map of No.50104 face

图4 50104 工作面瞬变电磁视电阻率等值线断面图Fig.4 Transient electromagnetic apparent resistivity contour of No.50104 face

此次瞬变电磁沿探测方向有效解析距离为120 m，盲区20 m。在探测范围内未发现相对低阻异常区。

5 结语

通过在神木市泰华煤业有限公司50104 综采工作面的综合物探技术探测工作可以看出，采用综合物探技术对工作面内部及外围一定范围内岩层的富水情况探测成果明显，准确率高，通过对瞬变电磁技术及无线电波坑道透视技术进行现场探测和数据的后期整理分析，可以准确的判断出在50104 工作面内部及外围一定范围内没有明显的相对低阻异常区，很好的了解了勘察区一定范围内岩层的富水情况，为后期该工作面的回采工作的开展提供了重要的技术依据。