内蒙古特拉布拉煤矿采空区地球物理勘察设计

1. 绪论

1.1 工作目的与任务

1.1.1 工作目的

• 系统收集和综合分析已有地质资料，满足特拉布拉煤矿工业广场和办公厂区生产安全需求。
• 查明工业广场和办公厂区地下100米以上煤系地层特征，推测采空区范围。
• 对圈定的物探异常进行验证，查明其异常是否为采空区，准确定位采空区空间位置、实际边界。
• 为煤矿后续生产安排提供技术资料。

1.1.2 任务

• 在工业广场和办公厂区范围内开展瞬变电磁法与微动测量法，圈定采空区异常范围。

1.2 研究背景

1.2.1 微动探测

• 微动探测通过获取表面波（瑞雷波）的频散信息，再利用反演的方法，可以得到S波的速度结构。
• 微动技术首次应用于采空区探测中，通过确定相速度和频率的关系，在通过反演得到地下速度结构的方法。

1.2.2 瞬变电磁法（TEM）

• 瞬变电磁法是时域探测技术，将一次脉冲场发射到地下，在一个脉冲场间歇期内观察二次涡流场。
• 我国对于瞬变电磁法的研究使用出现的比较晚，但在煤矿采空区的探测上取得了很好的成果。

2. 工区概况

2.1 交通位置

• 特拉布拉矿井位于伊金霍洛旗西北部的纳林陶亥镇，距纳林陶亥镇约9千米，交通便利。

2.2 自然地理概况

2.2.1 煤田历史及经济状况

• 煤矿始建于1992年，并于次年投入运营。目前实际生产能力已攀升至每年0.30千万吨每年。
• 煤矿主要开采VI-2煤层，开采高度位于1215至1265米之间，煤层厚度平均为3.93米。
• 煤矿的开采规模在不断的扩大，当地居民的经济和生活水平有了显著提高。

2.2.2 地貌

• 特拉布拉矿区的地形走向主要是西部最高东部最低，最高海拔为1352m，最低海拔为1270m。
• 该地区被半沙漠化，植被稀少，地面大面积都被风沙所覆盖，地貌主要表现为多沙丘，处于沙漠化~半沙漠化。

2.2.3 气象水文

• 该区属于沙漠化~半沙漠化高原大陆性气候，地处干旱，地表无水，日照强悍且太阳能资源丰富。
• 季节温差较高，冬季最低温度-29.6°且寒冷持续时间长，夏季最高温度36.6°，异常炎热但持续时间短。
• 春季雨水量小，风多且剧烈；秋季雨水多，天气凉爽风量较小，降雨主要集中在这几个月。

3. 工程地质特征

3.1 煤矿详情

• 煤矿有8个可对比煤层，包括II-3、III-1、II-2、II-2、VI-1、VI-2等6层，非开采2层，也就是Ⅵ-1和Ⅵ-2。
• 勘查区 IV—2煤层中有采空区。

3.2 地质条件

• 特拉布拉煤矿的煤层周边主要由细粒砂岩和砂质泥岩构成，其围岩主要是陆相碎屑岩，具有中等的抗压强度。
• 岩石分类为砂岩、粉砂岩以及泥岩，其中钙质砂岩被分类为硬岩，大部分岩石都是软质的，只有很少一部分是半硬岩。

4. 工作方法及技术要求

4.1 微动测量法

4.1.1 方法原理

• 微动测深法是以不同历史阶段沉积层之间速度的差异为基础的，通过测定地面的微观震级，可以估算出地球内部的震源机制。
• 微动探测主要提取地震资料中的面波频散曲线，再通过反演，从而获得地下的速度结构。

4.1.2 仪器设备

• 使用EPS便携式微功耗宽频带地震仪，具有宽频带、价格低廉和低能耗特性。

4.1.3 数据采集

• 微动探测类型有单点勘探类型和测线勘察类型，本次工作选择需要采用微动直线型采集方式。

4.1.4 数据处理

• 采用F-K变换方法，先在时间轴上对数据进行傅立叶变换，然后把x-t区域的信号转换为x-f（时域-频域）区域。
• 通过频散能谱峰识别，获得瑞雷波的频散曲线，进而得到视S波速度和S波速度反演结果。

4.1.5 技术规范

• T/CSPSTC 75-2021 微动探测技术规程；
• 《露天煤矿井采采空区勘查技术规范》GBT 37807-2019。

4.2 瞬变电磁法

4.2.1 方法原理

• 瞬变电磁法的原理是利用回线向地下释放瞬态电场，当电流中断时会在介质中产生涡流，这种涡流的强度取决于电导率。

4.2.2 仪器设备

• 使用WTEM-3Q瞬变电磁仪，具备高发射输出功率、超快信号关断、高度可靠、对干扰的抵抗力极强等特性。

4.2.3 数据采集

• 使用中心回线装置，保留了重叠回线装置最优耦合特性，可实现更大范围内的空间磁场分布，从而获得比交迭线圈更高的空间分辨率。

4.2.4 数据处理

• 数据预处理包括去除环境噪声和去噪。
• 数据处理包括数