森泰南侧矿界附近采空区探测报告 - 图文

山西朔州平鲁区森泰煤业有限公司

南侧矿界附近采空区 瞬变电磁探测报告

中国矿业大学 2012年8月

项目负责：岳建华 教授

报告主编：许新刚 王虎

资料采集：张占立 白锦林 顾辉 张河瑞 数据处理：张占立 许新刚

资料解释：图件编制：

审 核：

岳建华 许新刚 刘志新

许新刚 张河瑞

张河瑞 目 录

1 前言 ......................................................................................................... 1 1.1 测区范围与主要地质任务 .............................................................. 1 1.2依据的规范规程 .............................................................................. 2 2 测区地质概况 ........................................................................................ 2 2.1 以往地质工作评述 .......................................................................... 2 2.2 地质概况 .......................................................................................... 3 2.3 矿井水文地质情况 .......................................................................... 5 3 施工方法与技术 .................................................................................. 12 3.1 测区地质、地球物理特征 ............................................................ 12 3.2 方法选择 ........................................................................................ 13 3.3 瞬变电磁法 .................................................................................... 13 3.4 测线、测点布置 ............................................................................ 16 3.5 仪器设备 ........................................................................................ 16 3.6 施工组织与质量保障措施 ............................................................ 19 4 现场数据采集与质量评价 .................................................................. 21 4.1 试验工作 ........................................................................................ 21 4.2 工作量统计 .................................................................................... 24 4.3 数据质量检查与评估 .................................................................... 26 5 数据处理与成果图件绘制 .................................................................. 27 5.1 数据整理与编辑 ............................................................................ 27 5.2成果图件绘制 ................................................................................ 28 6 资料解释 .............................................................................................. 28 7 结论与建议 .......................................................................................... 30

1 前言

1.1 测区范围与主要地质任务

山西朔州平鲁区森泰煤业有限公司井田位于朔州市平鲁区（井坪）东约4km处，行政区划属于朔州市平鲁区井坪镇管辖，井田地理坐标为：东经112°19′19〞～112°21′27〞；北纬 39°30′57〞～39°32′39〞。森泰煤业有限公司属于兼并重组整合型矿井，由山西朔州赛格煤业有限公司和山西朔州万通源万平煤业有限责任公司整合而成。整合后矿井生产能力提升至1.2Mt/a，批准开采4～11号煤层。

本井田位于管涔山脉东麓，地表大部为黄土覆盖，基岩出露较少，呈现为中低山丘陵地貌。纵观井田，沟壑纵横，梁峁绵延，植被稀少，总体地势呈南北高，中间低，西高东低趋势，主要由两沟三梁组成，梁面较平缓，沟谷崎岖，以北西向为主，次为北东向，呈树枝状，以“U”型谷为主。井田南侧与安太堡露天矿排土场相连接，堆土较原始地形有30~50m高差。

本次勘探任务的勘探区域位于井田南侧边界地面位置，测区面积0.74km2。详细位置见附图森泰煤业有限公司物探工作设计图。

勘探区域由坐标点（1）X=4377098 ,Y=19613781；（2）X= 4376990,Y= 19615838；（3）X=4376625,Y=19615830；（4）X=4376739,Y= 19613762控制。

勘探任务是采用地面瞬变电磁法勘查勘探区内采空区分布范围，为煤矿开采和设计提供地质依据。 形式和要求：

（1）在勘探区探测范围内设计13条瞬变电磁法测线，测线线距30m，点距20m。为了保障勘察精度，对于地表地形起伏比较大的区域进行加密测量。测区共设计试验点20个，生产点1339个，检查点61个，共计瞬变电磁物理测点数为1420个。

（2）甲方提供探测地点已有的相关水文、地质资料供物探资料解释参考使用，并协助乙方处理地面工农关系。

1

图1-1森泰煤业有限公司地面顺电磁探测设计图

1.2依据的规范规程

本次瞬变电磁采空探测工作依据的现行规程规范： (1)《煤炭资源勘探工程测量规范》(MT/1987)

(2)《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314-2009) (3)《地面瞬变电磁法技术规程》(DZ/T018-1997) (4)《煤炭电法勘探规范》(MT/T 898-2000)

2 测区地质概况

2.1 以往地质工作评述

本区采煤历史悠久，基础地质工作开展也较早，地质研究程度比较高。下面将与本区有关的地质工作简述如下：

2

1．山西朔州赛格煤业有限公司于2006年5月委托山西煤炭地质公司编制完成《山西省朔州市平鲁区地方国营木瓜界煤矿资源整合矿井地质报告》，该资源整合矿井地质报告由山西省煤炭工业局晋煤规发[2006]762号文批复通过。

2．山西地宝能源有限公司2010年8月编制的《山西朔州平鲁区森泰煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告》报告，查明了井田的构造形态、含煤地层特征；基本探明了井田的水文地质条件；评价了工程地质条件复杂程度。山西省煤炭工业厅2010年9月16日下发晋煤规发【2010】1037号文“关于山西朔州平鲁区森泰有限公司兼并重组整合矿井地质报告的批复”，对该地质报告进行批复。 2.2 地质概况 2.2.1 地层

本井田位于宁武煤田北端平朔矿区的北部，平藩城精查区西部。井田内均被黄土覆盖。据井田内和周边钻孔揭露情况，井田内地层由老至新依次为奥陶系中统上马家沟组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组及上第三系上新统、第四系中上更新统。

井田范围内含煤地层为石炭系上统太原组。 1、石炭系上统太原组(C3t)

本组含4号、6号、8号、9号、10号、11号共6层煤，根据含煤性可分为三段：

下段：为K2砂岩底至9号煤层顶，为一套砂岩、泥岩、细砂岩、煤层组成的含煤层段，含9、10、11号煤层，11号煤层顶板为砂岩或泥岩，煤层层位稳定，是在潮坪和潮坪砂坝的基础上发育起来的泥炭沼泽，煤以暗煤为主，硫含量较高，9号煤层沉积厚度大，结构复杂，煤岩类型以亮煤为主，在煤层中可见透镜状黄铁矿、菱铁矿结核，9号煤层为半咸水三角州前缘和三角州成煤环境的产物。

中段：为6号煤层顶至9号煤层顶，为一段厚层砂岩间夹薄层泥岩、砂质泥岩及煤层之交互沉积带，中间沉积了6号、8号煤层，中厚砂岩为三角州分流河道沉积，在其两侧洪泛盆地或支流前端，局部地方发育了沼泽，沉积了不稳定的6、8号煤层。

3

上段：含4号煤层，4号煤层具厚度大，结构复杂，夹多层高岭石夹矸，具低硫的特点，为发育在三角州平原洪泛盆地上的淡水泥炭沼泽，造成夹矸发育，灰份稍高。

综上所述，井田主要含煤地层为石炭系上统太原组。其主要特点是含可采煤层多，且厚度大，分布稳定，反映了石炭系太原期在井田一带形成了良好的成煤环境，其广泛分布的泥炭沼泽环境非常适宜植物生长，且延续时间长，从而堆积形成了厚度较大，全区稳定可采的4号、9号和11号煤层。

表2-1 煤 层 特 征 表

煤 层 号 厚度 最小～最大 平均 (m) 5.15～13.60 10.57 间距 最小～最大 平均 (m) 结构 (夹矸) 稳定 性 可采 性 顶板 岩性 底板 岩性 4 37.52～53.65 44.39 简单～复杂 (0～5) 较简单～极复杂 (2～7) 稳定 全区 可采 粗砂岩 砂质泥岩 泥岩 炭质泥岩 粗砂岩 砂质泥岩 炭质泥岩 泥岩 砂质泥岩 粗砂岩 砂质泥岩 泥岩 粗砂岩 泥岩 砂质泥岩 粗砂岩 泥岩 砂质泥岩 粗砂岩 9 8.70～18.55 12.89 14.82～27.20 18.57 稳定 全区 可采 11 2.50～7.15 4.53 较简单 (1～3) 稳定 全区 可采 2.2.2 构造

本井田位于二铺向斜东部，井田总体构造为褶曲构造，褶曲开阔平缓。井田内地层总体产状为走向北西，倾向北东和南西，倾角1°—4°。

此外，据矿井井下巷道揭露，发现有2条正断层。 （一）褶曲 1、S1背斜

位于井田中部，原山西朔州赛格煤业有限公司中部，轴向北西向，向南倾伏，两翼基本对称，地层倾角1°—4°，背斜轴在井田内延伸长度为3300m。

2、S2向斜

位于S1背斜东部，原山西朔州赛格煤业有限公司东部，轴向北西向，向南倾

4

伏，两翼基本对称，地层倾角2°—4°，向斜轴在井田内延伸长度为3400m。

（二）断层

1、F1正断层位于井田南部，走向NE 倾向SE，倾角70o，落差9m。由井下巷道揭露，井田内延伸长度770m。

2、F2正断层位于井田东南，走向NE，倾向NW，倾角70o 落差5m，由井下巷道揭露，井田内延伸长度350m。 2.3 矿井水文地质情况 2.3.1 井田地表水体及河流

井田内无大的河流，由于强烈的侵蚀切割，形成多条黄土冲沟，其上游呈“V”字型，下游是“U”字型。大小沟谷平时干枯无水，唯雨季时才汇集洪水沿沟排泄至七里河。 2.3.2 井田含水层

（1）奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层

该含水层组为上马家沟组，据区域地质资料，该层平均厚度约160m左右，岩性以石灰岩为主，其次为白云质灰岩、泥灰岩等，其岩溶不太发育，仅见细小的溶孔及裂隙，主要含水层为上马家沟组中上段含水岩组。

本次收集了邻近矿山西中煤潘家窑煤业有限公司井田内PJY-101号水文孔资料（X=4369613.65，Y=19614689.90，H=1305.17），约距井田南6.5km左右，终孔深度536.65m，抽水试验水位降深0.36m时，单位涌水量3.903L/s·m，渗透系数36.53742m/d，水位标高1056.67m；矿化度720.67mg/l，总硬度475.81mg/l，水质类型HCO3—Ca·Mg，为强富水性含水层。

根据此水位标高按0.2‰水力坡度推测，本井田内水位标高为1057～1058m左右。

（2）太原组砂岩裂隙含水层

位于4～9号煤层之间，岩性为粗、中、细砂岩、粉砂岩及砂砾岩，厚度约44.00m，沉积稳定，为层间裂隙水，据相邻矿茂华万通源煤矿407号钻孔水文地质资料表

5

明，该含水层静止水位113.68～119.71m，水位标高为1262.53～1268.56m，单位涌水量为0.0034～0.0056L/s.m，渗透系数为0.186～0.797m/d，为主要含水层，据相邻矿茂华万通源煤矿232号水文孔资料揭露，该层静止水位32.57～65.97m，水位标高为1245.80～1279.20m。该含水层富水性中等。

（3）山西组砂岩裂隙含水层

该含水层主要为山西组底部的K3砂岩含水层和山西组上部两层砂岩的含水层，K3砂岩岩性主要为中粗砂岩，含有砾石，厚约8.00～14.50m，其它上部两层砂岩中、粗、细砂岩，为层间裂隙水，据相邻矿茂华万通源煤矿232水文孔和407钻孔资料，这两层含水层静止水位为18.06～88.27m，水位标高为1293.71～1321.14m，单位涌水量为0.0051～0.10L/s.m。含水层富水性弱～中等。

（4）下石盒子组砂岩裂隙含水层

主要为下石盒子组底部厚层状中、粗砂岩，零星出露于较大沟谷中，其砂岩裂隙发育，钻孔冲洗液漏失严重，据安太堡精查区资料，水位标高1228.21～1268.40m，地表出露泉水流量0.014～0.33 L/s，为弱富水性含水层。

（5）第三、四系砂砾孔隙含水层

井田内广泛分布，砂砾层大部位于第三、四系下部，地下水补给来源主要为大气降水，据安太堡精查区资料，该含水层静止水位10.32～11.06m，单位涌水量为0.021～0.041L/s·m。含水层富水性弱。 2.3.3 主要隔水层

主要为本溪组，厚度30.00～50.00m，其中泥质岩岩性致密，细腻，具有良好的隔水性能，为阻隔奥灰岩溶水与上部含水层水力联系的重要隔水层。其次，相间于各砂岩含水层之间厚度不等的泥岩，粘土岩亦可起到一定的层间隔水作用。 2.3.4 含水层的补给、径流、排泄条件

第四系孔隙含水层主要接受大气降水的补给，向地表及下伏基岩风化壳含水层排泄。基岩风化壳含水层，主要接受大气降水及沟谷处地表水的补给，局部可以得到第四系孔隙水的补给，通过裂隙向下伏岩层入渗，由于沟谷的切割，局部又以泉的形式排泄。

6

煤系地层各含水层接受上伏含水层的补给顺层运移，在无构造沟通或人为破坏区，各含水层相对独立，水力联系差，地下水主要以层间运移为主。在构造带附近由于裂隙发育，含水层中的水形成垂向补给。

下伏奥灰岩溶含水层在井田内无出露，主要接受含水层侧向补给，岩溶水向东南径流至神头泉排泄。 2.3.5 井田内老窑水分布情况

井田内4、9号煤层已有大面积采空区，据本次调查，在采空区低洼处，存在不同程度积水。

由下面公式估算可知：4号煤层在山西朔州赛格煤业有限公司煤矿西部2003—2004年采空区内积水面积约S1=24500m2，积水量约Q1=24747m3；西部2002—2003年采空区内积水面积约S2=14150m2，积水量约Q2=15293m3；西部1984—1986年采空区内积水面积约S3=15350m2，积水量约Q3=16590m3；中部1994—1997年采空区内积水面积约S4=11600m2，积水量约Q4=11717m3；中部1979—1983年采空区内积水面积约S5=18750m2，积水量约Q5=20265m3；东部1987—1995年采空区内积水面积约S7=11775m2，积水量约Q7=11893m3。在山西朔州万通源万平煤业有限公司煤矿西部1992—1995、2004年采空区内积水面积约S6=19475m2，积水量约Q6=18688m3。

9号煤层在山西朔州赛格煤业有限公司煤矿西部2004年采空区内积水面积约S1=3375m2，积水量约Q1=3763m3；西部1998—2000年采空区内积水面积约S2=13250m2，积水量约Q2=14775m3；西部1991—1998年采空区内积水面积约S3=21475m2，积水量约Q3=23861m3；西部2004年采空区内积水面积约S4=15475m2，积水量约Q4=17194m3；中部2003—2004年采空区内积水面积约S5=27725m2，积水量约Q5=22404m3；中部2000年采空区内积水面积约S6=3600m2，积水量约Q6=3636m3；东部2000年采空区内积水面积约S9=2800m2，积水量约Q9=2545m3。在山西朔州万通源万平煤业有限公司煤矿西部2004—2006年采空区内积水面积约S7=7200m2，积水量约Q7=9454m3；西部2002—2006年采空区内积水面积约

7

TEM67采用配备了分离电源摸板的TEM57-MK2发射机和大型发电机(4，500W）。这就是说，增加一个TEM67电源摸板并配备一台大型发电机，就可将TEM57-MK2升级为TEM67。反之，如果对某些勘查任务而言无需开足TEM67的功率，则可只使用TEM57-MK2，从而大大减轻重量。 配备3维接收线圈的PROTEM67，是一种理想的探测深埋低阻矿体的剖面电磁法仪器，勘探深度超过500m；与BH43-3测井探头搭配使用可进行2Km井深的时间域测井。 PROTEM67也是一种理想的深部测深电磁法仪器，其勘探深度大于1000m。

?

PROTEM瞬变电磁仪接收机

对于一般的地质勘探而言，时间域电磁观测系统是一种新的，经常采用的方法。为适应广泛的应用范围内，要求观测系统要有很宽的带宽和很多个采样门。

PROTEM接受机适合于所有的瞬变电磁法应用领域。具有23位分辨率，270KHz 带宽，微秒级的采样门以及XYZ三分量同时观测的PROTEM接受机，是时间域电磁系统的最佳的选择。

最新的PROTEM接受机可以在时间轴二个量级上观测20个门或在时间轴三个量级上观测30个门。如果在三个量级时间轴上观测30个门，可以节省开关频率和重复观测。如果在二个量级时间轴上观测20个门，可以降低观测时间10倍。进一步完善的接受机可以进行全时间段的、包括关断时间的自动观测。

PROTEM瞬变电磁仪可以和上述三种类型中的任意一种配合使用。其重要特点有以下几个方面：

1.大动态范围，达23位。这大大提高了信噪比，降低了对增益和基频变化的

18

要求。

2.对每个基频均可选择20或30个记录道（时间门），使纪录衰减的开关频率达到最小。

3.可同时纪录瞬变场三个分量（X、Y和Z）的接收机。 4.自动测量“开”和“关断”时间。

5.早期测量从6μs开始，可获得进地表信息。 6.三分量井中测量。

7.在地面同时测量瞬变场三分量（X、Y和Z）的接收线圈。

8.接收机中的每个窗口均可进行直到99次的叠加观测，比称之为“聪明叠加技术”。

9.对于5m到1500m探测深度也可选择多匝发射线圈。 10.接收机可以存储大量纪录，直到25,000个（选项） 3.6 施工组织与质量保障措施

为了实现“安全、高效、高质”的工作目标，我们制定了项目经理、技术负责、技术员三级责任管理体系。项目经理为生产安全、生产进度、生产纪律第一责任人，负责制定安全生产规章制度、生产纪律规定，以及安排生产进度。技术负责人承担野外作业设计，组织员工进行技术培训，解决施工中出现的技术问题，验收野外资料。单项技术员负责各自技术口的作业质量，按作业要求做好各阶段工作。外业期间，由项目经理、技术负责、2~3技术员组成的项目委员会做好每日考核、资料验收、当日总结、次日工作安排等工作，及时处理现场出现的问题，依照工作进度适时向业主汇报。

高质量的外业数据是地球物理勘探准确性的前提，为了保障采集的原始数据符合质量要求，依据《地面瞬变电磁法技术规程规范》（DZ-T0187-1997）特制定以下质量保障措施： (1)

在无法收集到物探资料的工作区域，在正式生产之前，应首先进行生产试验工作。试验工作的目的是了解矿区内已知矿体上的异常响应特征、外来电磁噪声电平及干扰特征、检查工作精度、测网密度、工作装置及回线边长等选择是否合理； (2)

对员工定期进行技术培训与安全教育，使其熟练掌握各单项操作技能，

19

具备简单的安全救护能力。严格执行各项规章制度，对违反安全规定和生产纪律的员工进行处罚，屡次不改者清理出项目组； (3)

依据地质任务合理选用仪器，应考虑仪器技术性能的主要指标有:能适应的工作装置;发送机的最大工作电压及电流;接收机的时窗范围，通频带宽度，动态范围，灵敏度及同步方式等； (4)

所有仪器设备应有专人负责，严格按说明书规定使用、维护和管理。每日施工前应对仪器进行检查，出现隐患、故障及时排除； (5)

接收站的布置应避免靠近强干扰源以及金属干扰物的地方。不得在上万伏高压线下布设发送站及接收站，有必要时允许弃点。敷设线框时，不得将剩余导线留在绕线架上，应将其呈S型铺于地面。布线时允许在方向线左右有所摆动，但摆动幅度不得大于回线边长的5%;实际线框角点与线框角点的标志(测桩)的点位误差应小于5%。点位误差应小于5%； (6)

导线联接处应接触良好，严禁漏电。野外用的电线应定期检查绝缘性，绝缘电阻应大于2 MΩ以上;供电导线的总电阻值应能保证所敷设回线的供电电流满足设计要求。当导线通过水田、池塘、河沟时，应予架空防止漏电;当导线横过公路时，应架空或埋于地下以防绊断压坏。架空的导线应拉紧防止随风摆动； (7)

曲线出现畸变时，应查明原因后，重复观测;必要时，可移动点位避开干扰物源重测，并作详细记录。遇异常点，突变点时，应重复观测，必要时应加密测点。若曲线衰变慢时，应扩大测道时间范围重复观测。每个测点观测完毕后，操作员应对数据和曲线进行全面检查，合格后方可搬站； (8)

为了对成果的可靠性作出较客观的评价，布置3~5%总工作量数目的检查点，检查单应全区均匀分布，对异常地段、可疑点、突变点重点检查；

20

4 现场数据采集与质量评价

本次勘探采用大定源回线装置，大定源回线装置布设大线圈作为发射线框，在距发射线框边框1/3距离用接收框接收电磁信号，其工作示意图如下：

采用大定源回线装置有如下优点：

a、此种装置能够在完成地质任务的前提下，提高工作效率；

b、受地面作物影响较小，只需布设大线框就可以测量线框内部很多点，效率较高。

图4-1大定源内回线装置探测采空区示意图

4.1 试验工作

不同的测区、不同的目的层埋深、不同的地质任务所选用的工作方法及施工参数不同，合理选择仪器工作方法、施工参数是完成勘探目的任务的关键，以此为目的进行了本探测区的试验工作，在项目野外数据采集工作正式开始之前，于2012年7月12日首先进行了一天的试验工作。 1、对发射频率的选择试验

为了选择合理的施工参数，在测区的40线0～100测点试验段，利用边长为360m×360m发射框，分别对25Hz与6.25Hz两个频点进行了试验，从结果中可以看出25Hz发射频率的关断时间明显短于6.25Hz，且其最大采样时间达到6ms，满足勘探深度要求的同时浅层盲区较6.25Hz要小。因此，为了满足设计要求，发射

21

频率选择25Hz更合适。

图4-2 40线60测点6.25Hz衰减曲线图

图4-3 40线60测点25Hz衰减曲线图

2、对瞬变电磁发射线框边长进行试验

在确定发射频率为25Hz后，又分别做了360m×360m、480m×480m发射框边长试验，发射频率为25Hz，以确定发射框边长。

22

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5upf.html