左云縣同發(fā)東周窯礦首采工作面探測(cè)技術(shù)方案

1、左云縣同發(fā)東周窯礦8101首采工作面探測(cè)技術(shù)方案項(xiàng)目負(fù)責(zé)：崔健 項(xiàng)目人員：李瑞科、高士銀、郭磊、孫雨辰北京捷奧斯地質(zhì)勘查公司2011年7月1、概況受同煤集團(tuán)同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司委托，北京捷奧斯地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司定于2011年7月對(duì)該公司指定的8101工作面面進(jìn)行探測(cè)工作。根據(jù)項(xiàng)目要求，編制本次探測(cè)設(shè)計(jì)方案。 1.1 物探工作范圍東周窯井田位于山西省左云縣東，本次工作要求探測(cè)煤礦中指定工作面8101工作面（2101、5101巷）范圍進(jìn)行探測(cè)工作。1.2 地質(zhì)任務(wù)根據(jù)同煤集團(tuán)同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司的委托，本次探測(cè)工作需完成的地質(zhì)任務(wù)是：利探測(cè)采面內(nèi)斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造。實(shí)地井下踏勘，巷道內(nèi)均

2、有金屬網(wǎng)及槽鋼支護(hù)，探地雷達(dá)及傳統(tǒng)坑透方法無(wú)法完成探測(cè)，本次工作擬采用瞬變電磁法進(jìn)行工作。1.3 交通及位置東周窯井田位于山西省左云縣東，東起東周窯村，西至左云縣城東；北起云西堡村，南至井兒溝村，東西長(zhǎng)15.8km，南北寬14.4km。井田北東距大同市約60km,西距左云縣縣城約15km,鄰近西北邊界有109國(guó)道通過(guò)；井田內(nèi)有東周窯煤炭集運(yùn)站，與京包線(xiàn)、大秦線(xiàn)、北同蒲線(xiàn)相連；井田內(nèi)各鄉(xiāng)村、各煤礦之間有簡(jiǎn)易公路相通，通往全國(guó)各地，交通方便。2、地質(zhì)及地球物理特征2.1 區(qū)域地層及煤層本井田位于大同煤田的北部西緣，地層由老之新為奧陶系、石炭系、侏羅系、白堊系及第三、第四系，其中侏羅系大同組及石炭系

3、太原組為兩個(gè)主要的含煤系地層，主要的煤層由上至下有大同組的3、7、11、13號(hào)，山西組和太原組的山4、5、8號(hào)七層，巖漿巖較發(fā)育，常侵入石炭、二疊系地層，使山4、5號(hào)煤層部分被破壞。煤層在區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為半亮煤和半暗煤。煤巖組分以亮煤、半亮煤為主，暗煤少量。2.2 水文情況區(qū)內(nèi)地下水以大氣降水垂直入滲補(bǔ)給為主，年降水量少，降水絕大部分又形成洪流排向七磨河或十里河，對(duì)地下水補(bǔ)給不利。區(qū)內(nèi)及附近無(wú)大的地表水體，地下水沒(méi)有定水頭補(bǔ)給，不會(huì)形成地下水富水區(qū)。本區(qū)為多開(kāi)采煤層和多含水層的井田，水文地質(zhì)勘探類(lèi)型屬裂隙含水層為主，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，即類(lèi)一型。部分老窯積水，老窯積水與其附近聯(lián)通情況無(wú)法查明。在開(kāi)

4、采石炭系煤層時(shí)遇老窯積水、突水是礦床充水因素之一。 碳酸鹽巖巖溶裂隙水在區(qū)內(nèi)廣布、具承壓性，富水性不均，有底板突水威脅存在。2.3 地球物理特征主要煤層及巖層的物性參數(shù)表 物性時(shí)代巖層煤炭質(zhì)泥巖泥巖砂質(zhì)泥巖粉砂巖細(xì)砂巖中砂巖粗砂巖砂礫巖石灰?guī)r火成巖單位視電阻率中生代18313150738187868784古生代1841006989921099699110462340M(注:以上參數(shù)為加權(quán)平均值)由煤巖層物性參數(shù)表可以看出：煤層與巖層的物性差異很明顯，不同巖層的物性，從泥巖到砂礫巖到煤，視電阻率有增高的趨勢(shì)。粗砂巖及砂礫巖(主要指非煤系)常呈松散膠結(jié),孔隙度較高，密度較小，從而使其電阻率明顯降低

5、。煤層電阻率穩(wěn)定，也給物探工作提供了客觀(guān)基礎(chǔ)條件。良性導(dǎo)電地質(zhì)體產(chǎn)生的感應(yīng)二次場(chǎng)與地質(zhì)體的電阻率密切相關(guān)，電阻率越低、低電阻地質(zhì)體規(guī)模越大，感應(yīng)二次場(chǎng)越高、二次場(chǎng)衰減越慢。理論與實(shí)踐證明，地層中含水?dāng)嗔?、陷落柱及采空區(qū)等電阻率明顯低于周?chē)鷰r層的電阻率，電性標(biāo)志明顯；與此對(duì)應(yīng)，未充水陷落柱及采空區(qū)電阻率為明顯高異常。根據(jù)賦水情況不同，表現(xiàn)為高電阻率（未充水陷落柱及采空區(qū)）或低電阻率（充水陷落柱采空區(qū)），在視電阻率剖面及平面圖中表現(xiàn)為明顯高阻或低阻異常，條帶狀低阻異常為含水?dāng)鄬樱瑓^(qū)內(nèi)為裂隙含水層為主，推測(cè)大部分具有一定規(guī)模的斷層含水。由此為本次井下探測(cè)提供了充分的物性基礎(chǔ)。3、物探方法及原理3.1

6、 方法選擇本次探測(cè)工作以探查采面內(nèi)斷層及陷落柱為主要目的，選用井下瞬變電磁法完成本次物探工作。使用中國(guó)地質(zhì)大學(xué)高科資源探測(cè)儀器研究所生產(chǎn)的礦用隔爆兼本安型瞬變電磁儀（圖1）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。圖1 礦用隔爆兼本安型瞬變電磁儀3.2 方法原理時(shí)間域瞬變電磁法是近十年發(fā)展起來(lái)的一種地球物理方法。它利用電磁感應(yīng)原理，以介質(zhì)的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性和介電性差異為物性基礎(chǔ)，通過(guò)電性或磁性激發(fā)方式，即利用不接地回線(xiàn)向地下發(fā)送一次脈沖磁場(chǎng)（或電場(chǎng)），以激勵(lì)探測(cè)目標(biāo)感應(yīng)二次場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）的間歇期間，利用線(xiàn)圈（或接地電極）測(cè)量二次場(chǎng)的響應(yīng)。瞬變電磁法（TEM）是以地殼中巖（礦）石的導(dǎo)電性與導(dǎo)磁性差異為主要物質(zhì)基

7、礎(chǔ)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用不接地回線(xiàn)或接地線(xiàn)源向地下發(fā)送一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)的間隙期間，利用線(xiàn)圈或接地電極觀(guān)測(cè)二次渦流場(chǎng)，并研究該場(chǎng)的空間與時(shí)間分布規(guī)律， 來(lái)尋找地下礦產(chǎn)資源或解決其它地質(zhì)問(wèn)題的一支時(shí)間域電磁法。圖2 瞬變電磁法原理圖通過(guò)近年來(lái)將瞬變電磁法應(yīng)用于勘查領(lǐng)域的實(shí)踐可以看出，與其它電探方法相比，它具有以下幾個(gè)方面的主要優(yōu)點(diǎn)：1）由于觀(guān)測(cè)的是純二次場(chǎng)異常，可以進(jìn)行近區(qū)觀(guān)測(cè)，因此自動(dòng)消除了裝置耦合噪聲?？膳c欲測(cè)的含水目標(biāo)層有最佳的耦合，具有較高的探測(cè)能力。2）對(duì)于受到導(dǎo)電圍巖及低阻覆蓋層等地質(zhì)噪聲干擾的含水目標(biāo)層的分辨能力優(yōu)于其它電探方法。3）可通過(guò)選擇不同的時(shí)間窗口進(jìn)行觀(guān)測(cè)，有

8、效地壓制地質(zhì)噪聲，可獲得不同勘探深度。也可用加大發(fā)射功率的方法增強(qiáng)二次場(chǎng)，從而增加勘探深度。從而可以更好的反映地下的含水量大小。4）通過(guò)多次脈沖激發(fā)，場(chǎng)的重復(fù)測(cè)量疊加和空間域多次覆蓋技術(shù)應(yīng)用，提高信噪比和觀(guān)測(cè)精度。5）裝置形式靈活多樣，可隨不同工程任務(wù)的要求和施工場(chǎng)地的條件來(lái)選擇合適的裝置。具有施工方便、測(cè)地工作簡(jiǎn)單、工作效率高及地質(zhì)效果好等優(yōu)點(diǎn)。6）由于采用不接地回線(xiàn)，不存在接地電阻問(wèn)題，特別是對(duì)于直流電法無(wú)法施工的地區(qū)，如在基巖出露區(qū)、凍土帶、沙漠、水泥路面、江河湖海水面等地方，利用它均可進(jìn)行測(cè)量，顯示了它獨(dú)特的優(yōu)越性。這也為綜合找水開(kāi)拓了領(lǐng)域。礦井瞬變電磁和地面瞬變電磁法的基本原理的一樣

9、的，理論上也完全可以使用地面電磁法的一切裝置及采集參數(shù)，但受井下環(huán)境的影響，礦井瞬變電磁法與地面的TEM的數(shù)據(jù)采集與處理相比又有很大的區(qū)別。由于礦井軌道、高壓環(huán)境及小規(guī)模線(xiàn)框裝置的影響，在井下的探測(cè)深度很受限制，一般可以有效解釋100-150m左右。另外地面瞬變法為半空間瞬變響應(yīng)，這種瞬變響應(yīng)來(lái)自與地表以下半空間層，而礦井瞬變電磁法為全空間瞬變響應(yīng)，這種響應(yīng)來(lái)自回線(xiàn)平面上下（或兩側(cè)）地層，這對(duì)確定異常體的位置帶來(lái)很大的困難。實(shí)際資料解釋中，必須結(jié)合具體地質(zhì)情況綜合分析。具體來(lái)說(shuō)礦井瞬變電磁法具有以下特點(diǎn)：1）受礦井巷道的影響礦井瞬變電磁法只能采用邊長(zhǎng)小于3m的多匝回線(xiàn)裝置，這與地面瞬變電磁法相

10、比數(shù)據(jù)采集勞動(dòng)強(qiáng)度小，測(cè)量設(shè)備輕便，工作效率高，成本低；2）采用小規(guī)?；鼐€(xiàn)裝置系統(tǒng)，因此為了保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量、降低體積效應(yīng)的影響、提高勘探分辨率，特別是橫向分辨率；3）井下測(cè)量裝置距離異常體更近，大大的提高測(cè)量信號(hào)的信噪比，經(jīng)驗(yàn)表明，井下測(cè)量的信號(hào)強(qiáng)度比地面同樣裝置及參數(shù)設(shè)置的信號(hào)強(qiáng)很多；4）地面瞬變電磁法勘探一般只能將線(xiàn)框平置于地面測(cè)量，而井下瞬變電磁法可以將線(xiàn)圈放置于巷道底板測(cè)量，探測(cè)底板一定深度內(nèi)含水性異常體垂向和橫向發(fā)育規(guī)律，也可以將線(xiàn)圈直立于巷道內(nèi)，當(dāng)線(xiàn)框面平行巷道掘進(jìn)前方，可進(jìn)行超前探測(cè)；當(dāng)線(xiàn)圈平行于巷道側(cè)面煤層，可探測(cè)工作面內(nèi)和頂?shù)装逡欢ǚ秶鷥?nèi)含水低阻異常體的發(fā)育規(guī)律；5）礦井瞬變

11、電磁法對(duì)高阻層的穿透能力強(qiáng)，對(duì)低阻層有較高的分辨能力，在高阻地區(qū)如果用直流電法勘探要達(dá)到較大的探測(cè)深度，須有較大的極距，故其體積效應(yīng)就大，而在高阻地區(qū)用較小的回線(xiàn)可達(dá)到較大的探測(cè)深度，故在同樣的條件下TEM較直流電法的體積效應(yīng)小得多。3.3 工作方法本次井下瞬變電磁法探測(cè)，由于在巷道內(nèi)施工，受工作條件影響，擬采用重疊回線(xiàn)裝置，多匝回線(xiàn)、大電流、小線(xiàn)圈，探測(cè)工作面內(nèi)煤層視電阻率。多匝回線(xiàn)增加探測(cè)面積，并加大發(fā)射電流，可以更好的增加探測(cè)精度和深度，有效探測(cè)距離可達(dá)100-150米，完全滿(mǎn)足本項(xiàng)目要求。儀器采集參數(shù)：（1）發(fā)射和接收線(xiàn)圈邊長(zhǎng)均為1米的正方形線(xiàn)圈（2）發(fā)射線(xiàn)圈匝數(shù)為4匝（3）接收線(xiàn)圈匝

12、數(shù)為5匝（4）儀器供電電流為50安培（5）供電脈寬10ms（6）采樣率4S3.4 施工設(shè)計(jì)及要求計(jì)劃實(shí)際施工布置10米點(diǎn)距，探測(cè)深度保守估計(jì)為100米，5101巷和8101巷均布置測(cè)點(diǎn)，達(dá)到不遺漏異常并相互驗(yàn)證的目的，見(jiàn)圖3。井下測(cè)點(diǎn)的布置使用皮尺量距，并參考巷道內(nèi)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行校正。圖3 探測(cè)示意圖瞬變電磁法探測(cè)具有一定的探測(cè)盲區(qū)，按照以往經(jīng)驗(yàn)，探測(cè)盲區(qū)在10-15米左右。另外，若施工巷道內(nèi)有大型金屬物體，或大電流電纜，對(duì)探測(cè)結(jié)果有較大影響，在施工過(guò)程中要盡量予以避免。3.5 工程布置及工作量由于開(kāi)展探測(cè)工作的2101和5101巷道內(nèi)均有金屬掛網(wǎng)及槽鋼，因此為保證探測(cè)成果真實(shí)合理，在探測(cè)工作前先進(jìn)

13、行試驗(yàn)工作，考慮到構(gòu)造及巷道支護(hù)類(lèi)型，計(jì)劃在2101巷1900-2000米處和5101巷1450-1550米處開(kāi)展瞬變電磁法試驗(yàn)工作。若試驗(yàn)效果良好，根據(jù)地質(zhì)任務(wù)，結(jié)合實(shí)際井下巷道情況，本次瞬變電磁法探測(cè)工作，共計(jì)劃布置測(cè)線(xiàn)2條，5101巷及8101巷，范圍均為1250-2000米）。每隔10米布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，確保不遺漏工作面內(nèi)地質(zhì)異常，共布置約152個(gè)測(cè)點(diǎn)（圖4）。圖4 工程布置示意圖4、專(zhuān)業(yè)報(bào)告提交的主要內(nèi)容A、文字報(bào)告一份B、井下探測(cè)施工布置圖C、煤層視電阻率平面圖D、光盤(pán)一份5、工作安排試驗(yàn)工作為時(shí)1天，當(dāng)天即可知道試驗(yàn)效果。若試驗(yàn)可行，則全部井下探測(cè)數(shù)據(jù)采集預(yù)計(jì)在3天以?xún)?nèi)完成，資料處理

14、及報(bào)告編制需7天左右，結(jié)合項(xiàng)目情況，預(yù)計(jì)整個(gè)工期為11天。遇不可抗拒因素順延。6、主要安全質(zhì)量管理措施6.1 質(zhì)量保證措施在井下數(shù)據(jù)采集過(guò)程中采取以下質(zhì)量保證措施： = 1 * GB3 數(shù)據(jù)采集前，儀器嚴(yán)格按說(shuō)明書(shū)進(jìn)行標(biāo)定；對(duì)參與此項(xiàng)工程的人員加強(qiáng)質(zhì)量意識(shí)的教育與管理；嚴(yán)格按照ISO：9001及2000質(zhì)量管理體系的程序進(jìn)行施工，加強(qiáng)自檢與互檢。對(duì)不符合質(zhì)量要求的資料，查明原因，凡屬主觀(guān)因素造成的立即返工。 = 2 * GB3 嚴(yán)格按試驗(yàn)所確定的采樣延時(shí)、疊加次數(shù)、發(fā)射電流等儀器的參數(shù)設(shè)置；施工過(guò)程中時(shí)刻檢查儀器和導(dǎo)線(xiàn)的漏電情況，保證絕緣，避免觀(guān)測(cè)曲線(xiàn)發(fā)生畸變，造成解釋的錯(cuò)誤； = 3 * GB3 在施工過(guò)程中，盡量減少測(cè)線(xiàn)方位與點(diǎn)距的偏差。受地形、地物條件等的影響，及時(shí)調(diào)整點(diǎn)距，并及時(shí)重測(cè)，以便最大限度地消除偶然誤差而獲得可靠、豐富的地質(zhì)信息； = 4 * GB3 在全區(qū)布置一定數(shù)量的檢查點(diǎn)（不少于5%），以檢查觀(guān)測(cè)資料的質(zhì)量，檢查點(diǎn)基本均勻分布在測(cè)區(qū)中。6.2 執(zhí)行規(guī)范整個(gè)工作將嚴(yán)格執(zhí)行下列規(guī)范：1、瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程2、電阻率剖面法技術(shù)規(guī)程3、電阻率測(cè)深法技術(shù)規(guī)程6.3 安全管理措施1、建立以項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為主的安全領(lǐng)導(dǎo)小組，確保井下施工安全。2、項(xiàng)目開(kāi)始前開(kāi)展安全生產(chǎn)教育，提高每位員工的安全意識(shí)。7、工程費(fèi)用概算7.1 工程報(bào)價(jià)預(yù)算依據(jù)本預(yù)算參考國(guó)土資