瞬变电磁法在采空塌陷灾害中的应用——以神东煤矿采空区调查为例

由人工采矿及天然作用形成的地下空洞是引起地面塌陷、地裂缝等多种环境地质灾害的根源之一。在煤矿开采区,地下空洞主要是煤矿采空区,采空区受水文地质条件和开采时间的影响,呈现积水和不积水状态。利用瞬变电磁法对神东矿区采空区进行了调查勘探,用最原始的归一化二次电位解释采空不积水区及采空积水区,并根据地下空洞发育的时间长短及积水程度的不同,会呈现高阻异常或低阻异常,在视电阻率断面图上呈现出十分显著的特征。给瞬变电磁法勘探应用于采空区及采空积水区的探测提供了实例,对预测和防治采空区引起的塌陷环境地质灾害具有重要意义。      

基于瞬变电磁法的采空区积水探测技术研究

为解决胜利煤矿6#煤层老窑采空积水区对本煤层及下部煤层开采造成的重大隐患,运用瞬变电磁法对胜利煤矿6#煤层进行井下物探,按照该方法的理论对探测结果进行解释分析。根据积水采空区电性最低,实体较高,无水采空区视电阻率最高的特性以及视电阻率的大小,得出在侧面沿主斜井方向视电阻率剖面图内,6#煤层与高阻异常区(采空积水区)相交且穿过,可推断出该段交线处中央部分为采空积水区,且采空范围较小,两侧为未采区。经现场井下钻探技术对物探结果进行验证,最终确定了6#煤层采空区积水范围。     

同忻井田采空区积水贮存分布特征及突水预测

本文依据井田范围内采空积水调查资料,探讨了采空积水的贮存分布规律,并采用冒落带及导水裂隙带最大高度的计算方法,预测了未来开采下伏可采煤层造成的漏水灾害区。     

地面防治水钻探技术在双系煤层 上覆采空区积水治理中的应用

针对双系煤层上覆采空区积水对下部煤层开采构成的威胁,提出在地面布置钻孔,穿越上部多层采空区,施工探放水孔与大直径抽水井的防治水钻探技术。采用该技术在大同矿区上覆侏罗系采空区的积水治理实践表明,地面探放水孔能够实现采空积水区与下部石炭系开采煤层巷道的贯通式放水,大直径抽水井可实现超大流量的采空区积水抽放,施工的9个地面探放水累计疏放采空区积水398.1万m3,5个大直径抽水井累计抽排采空区积水200余万立方米,取得了较好的贯通式放水和抽排效果。介绍了地面探放水孔与大直径抽水井钻探技术在同煤集团同忻矿上覆侏罗系采空区积水治理中的应用,可为其它类似开采条件的矿井上覆采空区积水治理提供参考。     

煤矿采空区积水的开发前景分析

煤层采空后留下的采空区，空间巨大，空隙，裂隙极为发育，为地下水的运移，储存提供了良好的场所，成为地下水富集区，采空区积水除了悬浮物含量较高外，其他指标可以满足工农业用水，开发利用采空区积水，对于缓解华北地区水资源紧缺的局面具有现实意义。     

瞬变电磁法在煤矿不明采空区积水探测中的应用

为了减少煤矿透水事故的发生,采用瞬变电磁法对不明采空区积水情况进行探测。瞬变电磁对低阻反映异常灵敏,能够依据视电阻率的变化来判断采空区的积水性,提高了对采空区及其积水情况的探测效果。在现场踏查以及资料分析的基础上推测早期矿井对各个煤层的开采情况;根据瞬变电磁法工作原理以及采空积水区地球物理特征确定了对测试结果的解释方法,然后对典型测线多测道电压剖面图、视电阻率拟断面图、典型测道等电压值平面图和等视电阻平面图进行分析,确定2#和6#煤层的采空积水区的位置和范围。     

动压区老空积水规律研究

老空区的积水范围、积水量会随时变化,受采动影响其变化更大.本文根据济宁二号煤矿二采区3上、3下煤层4个工作面的探放水情况,分析了上层煤老空区积水原因,总结了动压影响区的积水变化规律,为动压区防治水工作积累了经验.     

山西富东煤矿水害类型分析及其防治建议

富东煤矿主采煤层为石炭系上统太原组8、9、12、15上、15下号煤。近年来,随着开采水平的不断延伸,矿井水害日益呈现,对采掘工作面人员及安全生产构成威胁。以涌水水源与导水通道为划分原则,将整合后的富东煤矿面临的水害类型划分为采(古)空区及相邻矿井开采积水水害、含水层突水水害、断层破碎带突水水害、岩溶陷落柱水害以及地表水体突水水害,并分析了各种水害类型特点及其对煤矿安全生产的影响程度,认为在煤层开采过程中,导水裂隙带直接进入第四系松散强含水体或断层破碎带,若支护不当,雨季沟谷中的地表径流、各种含水层中地下水以及上覆煤层采空区积水都会通过断层及陷落柱等导水构造发生水力联系,对矿井造成威胁。指出了矿井水害防治重点,并提出了相应的防治水建议。     

多层采空积水区瞬变电磁响应研究

多层采空区积水情况调查对资源整合型矿井的安全生产至关重要。为了提高瞬变电磁法对多层采空富水性的勘察水平,采用数值技术方法对积水采空区的瞬变电磁场影响规律进行了研究,分析了高、低阻多种电性组合、两层采空区的中心回线响应特征。研究结果表明,多层采空的存在导致大地电性分布更加复杂,浅层采空区积水的存在将影响深部采空区积水情况的甄别,导致瞬变电磁法的垂向分辨率降低。地层电阻率随深度逐渐降低的电性结构有助于瞬变电磁法的垂向分层。     

煤矿积水采空区瞬变电磁法探测的附加效应

煤矿积水采空区由于其复杂性,在进行瞬变电磁法探测时,常常会产生一些附加效应。从理论、试验出发,研究了附加效应的特点及探测曲线特征,并根据这些特点对实际工程进行了分析、解释,圈定的积水采空区经钻探验证,效果良好。      

瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用

山西省洪洞县某煤矿在开采下组煤时曾发生底板突水事故,为了安全开采3号煤层,需对该矿区的采空区及采空积水区进行探测。根据该区的物性条件,选用了对低阻异常反映灵敏瞬变电磁法进行施工。通过对发射框、发射频率、积分时间、增益、噪音水平等参数测试及测深点880-320与钻孔601对比,确定了该区的工作参数。经采集数据处理及反演解释,推断3煤层工作面存在8个采空区,其中有5个采空积水区,分别存在于工作区的东南部及北部边界。部分采空区及采空积水区范围,与已知资料基本吻合。     

基于板壳和断裂力学理论的上覆采空区积水危险性判定技术

为避免山西临汾胜利煤矿10号煤层采动过程中受上覆6号煤层采空区透水的威胁,利用板壳理论、断裂力学理论分别建立导水裂隙带高度和底板破裂深度的力学模型,计算10号煤层Ⅰ—Ⅵ区开采过程中导水裂隙带高度分别为46.77 m、48.86 m、56.05 m、56.14 m、56.33 m和55.20 m,6号煤层Ⅰ—Ⅳ区的破裂带影响深度分别为1.57 m、1.14 m、1.85 m和1.26 m。通过构建上覆煤层采空区积水危险性类型的划分准则,对10号煤层采动过程中受到上覆6号煤层采空区积水的危险性进行判定分析,结果表明:6号煤层Ⅰ—Ⅳ区对10号煤层的积水危险性类型均为突水型,会对10号煤开采过程产生安全威胁;6号煤层的不可采区域对10号煤层Ⅴ区和Ⅵ区的影响类型为原岩渗透型,对10号煤层Ⅴ区和Ⅵ区的回采不会构成危险性。      

综合电法勘探在山西东南部煤田采空积水区中的应用

以山西东南部某大型煤矿为例,采用瞬变电磁和直流电法对该矿采空积水区进行探查,通过对已知采空区视电阻率特征的分析,确定了该区二种方法的解释原则,及高低阻异常的阈值。并以采区100线对数据资料进行对比分析,以验证二种勘探方法的解释结果的一致性。依据测区瞬变电磁三维数据体切出的3煤视电阻率平面图,圈定了3煤采空积水区的范围。经钻孔验证,D异常区为3煤采空积水区。     

晋城矿区王台铺煤矿采空区积水防治探讨

晋城矿区王台铺煤矿经过多年的开采,上煤组（3#煤）资源枯竭,目前开采下组煤（9#煤和15#煤）,面临着上组煤采空区积水的威胁。运用地质资料和瞬变电磁法对该矿九五盘区上部采空区积水进行了预测。井下的泄水孔排水量证实,运用地质分析法预测的水量偏大,瞬变电磁法的水量偏小,但总体误差不大。本次泄水的成功,可解放9＊煤层145万t的可采储量,确保矿井采掘衔接的正常,同时也可从根本上杜绝了矿井突水事故的发生。     

煤层采空区“三相”的激发极化特征

激发极化法对煤层采空区、采空积水区、裂隙富水区等情况的探测,可以取得不同的响应特征,具有良好的区分效果。将该方法的物理-电学特性与土力学理论相结合,从土力学中的"三相"（固体、液体、气体）角度对激发极化法探测煤层采空积水等情况的不同特征进行理论分析,并进行了"三相"相关参数（饱和度、孔隙率）与激发极化特征（视电阻率、极化率）之间的关系实验。理论分析及实验结果表明:煤层采空区激发极化特征表现为"高电阻率、低极化率",采空积水区表现为"低电阻率、中-高极化率",裂隙富水区表现为"低电阻率、高极化率";煤层采空积水等不同情况下的激发极化特征与饱和度、孔隙率的变化密切相关。山西晋城某煤矿的工程实例,验证了理论分析成果。      

同华煤矿三区小窑积水的防治方案探讨

地方小煤矿越界开采被关闭后,留下了数万立方米的积水,对下方同华煤矿2132N采面的掘进和回采影响较大。通过矿区水文地质条件的分析,结合小煤矿开采和排水情况的调查,估算积水量为61024m^3,积水底部水压为0．784MPa。经计算,采区K1、K2、K3煤层开采后形成冒落裂隙导水带高度分别为48．4、58．9和48．4m,三层煤开采后的冒落裂隙导水带已导通为一个整体。提出了留设防水煤柱和疏水开采两个方案,从技术、经济和安全性比较,选择了疏水开采方案。     

瞬变电磁法勘探在煤层采空积水区的应用

山西翼城某矿在巷道掘进时,发现煤壁挂汗,巷道渗水等现象,疑为采空破坏区。为查明勘探区内是否存在采空破坏区及导水断层、陷落柱等构造,圈定煤层积水区及其范围,对该区进行了瞬变电磁法勘探。数据采集使用美国ZONGE公司的GDP-32II电法仪器,采用大定源中心回线方法施工测线11条,经资料处理和解释,在勘探区内没有发现较大的断层和陷落柱,仅在勘探区西南角一处推断存在采空区(积水),另外圈出3处富含水区,3处含水区。该勘探成果为解决矿井建设和开采中的地质难题,提供了可靠的地质信息。     

煤矿采空区勘探实例

应用瞬变电磁法确定煤矿采空区及积水采空区十分准确,本文介绍了应用该方法确定某煤矿采空区及积水采空区。首先确定煤矿各种围岩阻值,通过钻孔孔旁视电阻率ρτ曲线与钻孔柱状对比,为异常解释建立理论模型,根据瞬变电磁实测数,通过分析,结合煤系地层的物性特征分析,确定煤矿采空区及积水采空区。     

综放工作面上覆老空积水探放技术

杨村煤矿D13171综放工作面上覆的中13201工作面采空区存有大量的老空水,给工作面的回采带来了极大的危害。分析认为,老空水的主要来源一是13201工作面上部的新近系及古近系泥灰含水层的下渗补给,二是工作面回采后,为防止采空区煤层自燃,向老空区注入的灭火灌浆水;估算老空水的水量约为16000m3。利用ZYG-650型矿用钻机对采空区积水进行了探放,探放水结果显示,所施工的4个钻孔的累计放水量为14800m3,工作面回采期间两个验证孔已探到老空区积水的最低位置,钻孔无流水,说明老空水已彻底排干,从而解除了对工作面的威胁,保证了矿井的安全高效生产。     

三分量地-孔瞬变电磁法积水采空区探测试验

孔中物探方法是近几年行业研究的热点,考虑到金属矿上应用较成熟的地-孔瞬变电磁法具有径向探测距离远,数据信号不易受地面电磁干扰影响等特点,将其应用到煤矿积水采空区探查领域。采用三维时域有限差分算法对钻孔不同方位的积水采空区模型的总场响应、异常响应进行了数值模拟,总场三分量对积水采空区反映明显,异常场三分量形态组合能判别异常体的方位。采用等效涡流原理,研究了利用异常场三分量来反演异常体的位置、倾角和规模等参数的空间定位算法。通过不同方位的理论模型测试,不同时刻的反演等效电流环大小、位置的组合能反应含水采空区的空间位置及规模。最后在陕北某矿针对已知含水采空区开展地-孔瞬变电磁法探测试验,采集的三分量信号光滑可靠,且异常反应明显,并对不同时刻的异常场三分量数据进行反演处理,反演结果与实际采空区位置和规模基本一致,证明该方法可作为煤矿钻孔中探查积水采空区的有效手段。