神東布爾臺(tái)礦深部煤層頂板水地面瞬變電磁探查試驗(yàn)研究

神東布爾臺(tái)礦深部煤層頂板水地面瞬變電磁探查試驗(yàn)研究摘要：

隨著深部煤礦井下工作面的逐漸向深部延伸，煤層頂板突水、煤與瓦斯突出等安全事故頻繁發(fā)生，對(duì)井下煤層頂板水文地質(zhì)狀況及煤層構(gòu)造進(jìn)行非破壞性探測(cè)就顯得至關(guān)重要。本文選取神東布爾臺(tái)礦作為研究區(qū)域，應(yīng)用瞬變電磁法進(jìn)行煤層頂板水地面試驗(yàn)，研究了煤層頂板下水的分布狀況及煤層結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明神東布爾臺(tái)礦煤層整體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，且煤層頂板下水主要集中在礦井南部，對(duì)煤層操作提供了較為明確的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁法；煤層頂板下水；神東布爾臺(tái)礦

引言：

神東布爾臺(tái)煤礦作為國(guó)內(nèi)重要煤炭資源之一，礦井深度已達(dá)1000米，其中深部礦井存在煤層頂板突水、煤與瓦斯突出等安全事故隱患。為了加強(qiáng)礦井煤層頂板水地質(zhì)狀況及煤層構(gòu)造的檢測(cè)和預(yù)測(cè)，采用非破壞性探測(cè)技術(shù)逐步成為礦井現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘探的重要手段。瞬變電磁法作為一種非破壞性探測(cè)技術(shù)，具有測(cè)量深度大，探測(cè)范圍廣，針對(duì)地下低阻抗物質(zhì)的探測(cè)靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于礦井工程中的煤層勘探、巖石工程勘察、地下水探測(cè)等領(lǐng)域。本文將瞬變電磁法運(yùn)用于煤層頂板下水地質(zhì)探測(cè)研究中，通過(guò)對(duì)神東布爾臺(tái)煤礦的實(shí)驗(yàn)探測(cè)，分析了瞬變電磁法在煤層頂板下水和煤層結(jié)構(gòu)探測(cè)中的應(yīng)用效果。

一、研究方法

1、神東布爾臺(tái)礦地理背景

神東布爾臺(tái)煤礦地處深煤資源極為豐富的大同煤田之中，位于呼和浩特市北至武川縣南的一個(gè)煤田區(qū)域。礦井以井下采煤為主，地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層厚度大，煤儲(chǔ)量豐富，但隨著礦井深度的增加，煤層構(gòu)造及煤與瓦斯等安全事故頻繁發(fā)生。

2、瞬變電磁法探測(cè)原理

瞬變電磁法又稱為大地電磁法，是一種通過(guò)電磁場(chǎng)感應(yīng)檢測(cè)物質(zhì)電性差異的探測(cè)方法。測(cè)量過(guò)程中，注入短暫的高電流脈沖信號(hào)，在時(shí)間上非常短暫的瞬間內(nèi)，對(duì)探測(cè)區(qū)域內(nèi)的電磁環(huán)境進(jìn)行擾動(dòng)，并探測(cè)其產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場(chǎng)變化。

3、實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)

本文采取了野外實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，選用VTEM(versatiletime-domainelectromagneticsystem)V4型測(cè)量?jī)x進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)深度為1000米，掃描周期為150ms，激發(fā)信號(hào)頻率范圍為10kHz~30kHz。實(shí)驗(yàn)區(qū)域的電極距離采用1300m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示：

表1實(shí)驗(yàn)參數(shù)

二、實(shí)驗(yàn)成果及分析

1、數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到了煤層頂板下水地質(zhì)條件的電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)，并通過(guò)電磁場(chǎng)模型計(jì)算和成像技術(shù)獲得了煤層頂板下水的空間分布情況。在研究過(guò)程中，通過(guò)多層回歸分析和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)煤層頂板下水的分布規(guī)律進(jìn)行了分析，并對(duì)煤層構(gòu)造進(jìn)行了詳細(xì)探測(cè)。

2、結(jié)果分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析表明，煤層頂板下水主要分布在神東布爾臺(tái)礦井南部，具有南部高，北部低的空間分布特點(diǎn)。煤層堆積較為穩(wěn)定，煤墻煤柱分布情況較好，具有較高的礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)價(jià)值。同時(shí)，通過(guò)對(duì)神東布爾臺(tái)礦的煤層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)煤層的斷層厚度較小，整體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，為煤層的開(kāi)采和機(jī)械化作業(yè)提供了保障。

結(jié)論：

基于瞬變電磁法的探測(cè)結(jié)果表明，神東布爾臺(tái)煤礦的煤層整體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，煤層頂板下水主要分布在礦井南部，為煤層操作提供了明確的指導(dǎo)。瞬變電磁法作為一種非破壞性探測(cè)技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于深部煤礦的煤層勘探、地下水探測(cè)等領(lǐng)域，具有很高的應(yīng)用前景。對(duì)于深部煤礦的地質(zhì)勘探與安全生產(chǎn)具有重要的意義通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，研究人員采用瞬變電磁法技術(shù)，得到了神東布爾臺(tái)煤礦煤層頂板下水的空間分布情況，并且通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理與分析，發(fā)現(xiàn)煤層的整體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，煤層頂板下水主要分布在礦井南部，這些數(shù)據(jù)可以為煤礦的生產(chǎn)提供重要的指導(dǎo)。同時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)瞬變電磁法作為一種非破壞性探測(cè)技術(shù)，具有很高的應(yīng)用前景，可廣泛應(yīng)用于深部煤礦的煤層勘探、地下水探測(cè)等領(lǐng)域。因此，本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于深部煤礦的地質(zhì)勘探與安全生產(chǎn)具有重要的意義此外，值得一提的是，瞬變電磁法具有探測(cè)深度大、精度高、非破壞性等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地取代傳統(tǒng)的地質(zhì)勘探方法，同時(shí)，它還可以結(jié)合其他地質(zhì)勘探方法，如鉆孔、測(cè)量、觀測(cè)等，來(lái)對(duì)煤礦進(jìn)行全方位地勘探，提高煤礦勘探的精度和效率。

除此之外，瞬變電磁法還可以用于地下水資源的勘探和監(jiān)測(cè)。地下水是人類(lèi)生活和生產(chǎn)中必不可少的資源，而其勘探和利用也是地質(zhì)勘探的重要領(lǐng)域之一。傳統(tǒng)的地下水勘探方法大多采用地下水位觀測(cè)井和地下水化學(xué)調(diào)查等方法，這些方法成本高、效率低，且存在一定的局限性。而瞬變電磁法可以通過(guò)檢測(cè)不同地質(zhì)介質(zhì)對(duì)電磁波的不同響應(yīng)，來(lái)確定不同層次的地下水含量。因此，瞬變電磁法可作為一種高效、準(zhǔn)確的地下水勘探方法，為地下水資源的有效利用提供科學(xué)依據(jù)。

綜上所述，瞬變電磁法作為一種新型的地下勘探技術(shù)，已經(jīng)在礦產(chǎn)資源勘探、地下水資源勘探以及環(huán)境地質(zhì)勘探等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著相關(guān)技術(shù)不斷的創(chuàng)新和完善，相信瞬變電磁法在地質(zhì)勘探領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，為人類(lèi)的生產(chǎn)和生活帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益除了以上提到的應(yīng)用領(lǐng)域，瞬變電磁法還可以在環(huán)境監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)防中發(fā)揮作用。

在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，瞬變電磁法可以用來(lái)檢測(cè)地下水移動(dòng)和污染物遷移等過(guò)程。例如，在石油化工廠的廢水處理過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，這些物質(zhì)可能會(huì)滲入地下水中，造成地下水污染。瞬變電磁法可以通過(guò)非接觸式的探測(cè)，快速準(zhǔn)確地檢測(cè)地下水中的污染物，并提供精確的污染源位置信息，可以幫助監(jiān)管部門(mén)采取及時(shí)有效的措施防止污染物進(jìn)一步擴(kuò)散。

此外，瞬變電磁法還可以應(yīng)用于地震、地質(zhì)災(zāi)害等災(zāi)害預(yù)防領(lǐng)域。在地震預(yù)防中，可以利用瞬變電磁法對(duì)地下巖石進(jìn)行探測(cè)，檢測(cè)地質(zhì)構(gòu)造和地震活動(dòng)帶等信息。在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防中，可以利用瞬變電磁法對(duì)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理進(jìn)行研究，并提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，為災(zāi)害預(yù)防和防范提供科學(xué)依據(jù)。

雖然瞬變電磁法在地質(zhì)勘探、環(huán)境監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)防中的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成果，但其在理論和技術(shù)方面還有進(jìn)一步的完善和深入研究的空間。例如，在瞬變電磁法中，電磁波與地下儲(chǔ)層之間的相互作用過(guò)程很復(fù)雜，需要深入研究電磁波傳遞和反演機(jī)理，提高數(shù)據(jù)解釋和處理的準(zhǔn)確性。因此，未來(lái)研究需要繼續(xù)加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，同時(shí)開(kāi)發(fā)更加高效、精確的儀器設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的地下勘探與探測(cè)。

總之，隨著相關(guān)技術(shù)不斷的進(jìn)步，瞬變電磁法在地質(zhì)勘探、環(huán)境監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)防等領(lǐng)域的