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联合剖面法在山西某煤矿防治水中的应用

时间:2016-10-27来源: 作者: 点击: 204次

赵云1,程增庆1,周志成2

1)中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院,河北 涿州  072750

2)中国兵器工业北方勘察设计研究院有限公司,河北 石家庄  050011

 要:利用联合剖面法在低阻断层破碎带处,联剖曲线会出现“正交点”的特点,同时在资料解释中引入比值参数P),对山西某煤矿在掘巷道已揭露的断层参数进行探测。实际验证情况证明联合剖面法及比值参数P的应用可以非常直观明了的展现物探成果,对含水断层的探测具有较好的效果。

关键词:联合剖面法;断层破碎带;比值参数P

中图分类号                文献标志码           文章编号

电阻率联合剖面法(简称联合剖面法)是直流电法中的一种主要方法,现已广泛应用于工程勘察中。由于该方法横向分辨率强,异常反映明显,其将四极对称视电阻率剖面分裂为两支,两支曲线在低阻断层破碎带处由于电流受低阻“吸引”的作用,两支曲线会出现交叉点(正交点),其为辨别地下低阻薄层或断层破碎带的重要标志,是探测含水断层发育状态的首选手段。

1 联合剖面法工作原理

联合剖面法装置是由AMNNMB 2组三极装置组成(如图1所示)。AMNB位于同一直线上,相对位置固定,沿某一测线测量电阻率R值。C为公共的无穷远极,测量过程中不动,只是AMNB 4个电极沿测线同时向一个方向移动。在每一个测点O上,AC极供电,MN极测量电位差,得到一个视电阻率,以Ra表示。这样每一个测点就得到2R值,即RaRb。测量中,沿测线前进方向的供电电极为B极,另一个为A极。该装置一般要求AO = BO > 3HH为目的层深度);OC > 5 AOMN = 1/31/5 AO。该装置电阻率计算公式如下13所示。

      AMN∞)                    (1

     MNB)                    (2

                             3

在方格纸上以横坐标代表测点坐标,以纵坐标代表值,将点在同一图上;将各点的分别连接起来,即为曲线与曲线。曲线与曲线相交点称为交叉点,交叉点有正交点和反交点。当交点左边>,交点右边<时称其为正交点;而交点左边<,交点右边>时称其为反交点。

 

1 联合剖面法装置形式示意图

地下不同的电阻率异常体在联合剖面曲线上表现为不同曲线形态的正交点与反正交点组合。在断裂构造中,若填充有低阻地质体(金属矿体、断层泥及地下水等),电阻率联合剖面法中的曲线表现为低阻正交点异常;若填充有高阻地质体(高阻岩性层、无填充物等),电阻率联合剖面法中的曲线表现为高阻反交点异常。由于本次探测断层位于石炭系上统太原组(),含水砂岩层之下,断层破碎带充水而呈现低阻电性特征。因此,在勘探区的断裂破碎带处,电阻率联合剖面法中的曲线表现为低阻正交点异常,即曲线表现为低阻正交点异常地段是寻找断裂破碎带的有利位置。图2所示为典型的直立良导薄脉联合剖面法曲线特征图。

 

2 直立良导薄脉联合剖面法曲线特征图

2 工程实例

2.1 工区概况

山西某矿井田位于洪涛山脉的西侧,为典型的黄土丘陵地貌,地势总体为东高西低。本次探测的地质任务为探明发育于石炭系上统太原组()内,含水砂岩层之下的断层走向发育情况,该断层在井下巷道部分揭露,其因导通顶部砂岩裂隙含水层富水而呈现低阻电性特征。

 

3 巷道揭露断层示意图

2.2 施工参数的选取

1、供电极距的选择

联合剖面法极距的选择必须考虑到覆盖层的厚度(),我们在正式生产前试验了两种极距的探测效果:即(或者)分别为150m200m。从图4可以看出在时,并无明显的“正交点”;在时,在点号为128处存在明显的“正交点”(即:在点号时,;点号)。结合井下巷道实际揭露情况,该断层大致倾向为西南向,因此我们在此并不需通过不同极距的方式来获取断层倾向参数,只需查明在9号煤层深度处断层的大致走向及延伸范围。因此综合对比以上资料,本次联合剖面法测量极距选择为200m。无穷远电极C置于垂直AB连线6AO处。

  

a)                            b)

4 联合剖面法L108线不同极距(AB/2)试验效果对比

a-极距(AO)为150m;b-极距(AO)为200m

2、测量极距MN的选择

一般断层破碎带的宽不是很大,如果MN过小则信号较弱,容易受地形条件的干扰,过大则断层反映不明显。根据实践对比,MN的距离取40m,测点距离取MN/220m

3、测线方向的选择

测线方向即为布极线方向,其方向的选取应尽量垂直于预计断层破碎带的走向。根据已知地质资料分析,断层走向极有可能为北西-南东方向发育,因而测线方向布置为北东-南西方向。

本次探测共布置测线6条(编号:L100L120号),每条测线长360m,测线间距为40m,测点间距为20m,共布置测点114个。(如图5所示)。

 

5 联合剖面法测点布设示意图

2.3 资料解释

如下图6所示为L112测线的实测剖面曲线图。曲线在点号为128位置出现明显的正交点,解释该处存在断层破碎带。

 

6 L112测线实测剖面曲线图

为了更好的将电阻率联合剖面探测成果直观的展现出来,我们引入比值参数平面图(如图7所示),该图横坐标为点号,纵坐标为线号。通过以上论述,我们知道值等于1位置处即为9#煤层埋深处对应断层的低阻裂隙带位置,因而从该图可以直观的判断出低阻断层裂隙带的走向情况。从下图可以看出断层走向(图中红线所示位置)近似垂直于测线走向方向,位于测点126128之间,横贯整个勘探区内。

 

7 地面直流电法联合剖面装置比值平面图

该矿依据以上物探资料,通过打钻进行验证,结果表明实际断层走向及延伸情况与物探结果吻合良好。该物探成果为该矿后续工作面布置及煤矿安全掘进提供了依据,同时也证明了联合剖面法在该地区探测含水断层的有效性。

 

8 联合剖面探测成果图

3 结  语

运用联合剖面法对矿区含水断层进行探测,为煤矿的高效安全生产提供了保证。同时比值参数的引入,使得联合剖面探测结果更加直观明了,为矿方地测人员充分利用物探资料提供了条件。此外若能在该地区综合运用地震勘探、瞬变电法与电阻率联合剖面法等手段对断层进行综合探测预报,那么断层对煤矿的危害将大大降低。

参考文献

[1]虎维岳,田干.我国煤矿水害类型及其防治对策[J].煤炭科学技术,2010,38(1):92-96.

[2]吴占华.联合剖面法在山区找水中的应用[J].地下水,2007,29(5):112-113.

[3]董健,胡雪平.联合剖面法寻找基岩裂隙水[J].科学技术与工程, 2012, 20 (14): 3520-3522.

[4]王爱国.高密度电阻率成像与联合剖面法的联合测试技术工程[J].工程勘察,2006,2:68-71.

[5] 徐振宇.利用联合剖面法寻找岩溶裂隙水[J].地下水, 1994, 16 (3): 133-135.

 

 

 

作者简介:

赵云,1987- 2012年中国矿业大学硕士研究生毕业,地球探测与信息技术专业

 位:中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院

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