基于三维建模和多源融合的瞬变电磁法在探测含水体中应用——以榆树泉煤矿为例
doi: 10.20008/j.kckc.202607008
胡月强1,2 , 周磊3 , 周耀1,2 , 郭宏海1,2 , 张永涛1,2 , 尹凯1,2
1. 河南省地球物理空间信息研究院有限公司,河南 郑州 450009
2. 河南省地下工程探测信息工程技术研究中心,河南 郑州 450009
3. 长江大学,湖北 武汉 430100
基金项目: 本文受河南省豫地科技集团科研项目(JTZCKY2024007)资助
Application of transient electromagnetic method based on 3D modeling and multi-source data fusion in aquifer detection: A case study of Yushuquan coal mine
HU Yueqiang1,2 , ZHOU Lei3 , ZHOU Yao1,2 , GUO Honghai1,2 , ZHANG Yongtao1,2 , YIN Kai1,2
1. Henan Geophysical and Spatial Information Research Institute Co., Ltd., Zhengzhou 450009 , Henan, China
2. Henan Engineering Technology Research Center of Underground Engineering Detection Information, Zhengzhou 450009 , Henan, China
3. Yangtze University, Wuhan 430100 , Hubei, China
摘要
为预防煤矿开采过程中地下含水体引发的水害隐患,采用地面瞬变电磁法进行探测是目前主要物探方法。该探测技术对低阻异常敏感、穿透能力强、施工便捷,但同时易受附近电磁信号干扰,解释成果有多解性,在地质复杂区域需要更丰富的解释手段。本文以新疆库车市榆树泉煤矿为例,通过构建三维地电模型和水文地质结构,结合多期物探数据对比分析,可以精确推断研究区主要含水层富水性、煤层采空区和火烧区积水分布特征。研究结果表明:对瞬变电磁法反演成果,构建地质-地球物理-水文动态耦合的三维综合解释体系,可有效圈定低阻富水异常区,异常区范围与井下实际疏放水成果一致。基于多源勘探数据融合的异常区管理方法,对异常区统一编码与动态管理,能节约勘探成本,为煤矿水害防治精准决策提供科学依据。
Abstract
To prevent water hazard risks caused by underground aquifers during coal mining operations, the surface transient electromagnetic (TEM) method has emerged as a primary geophysical exploration technique. This detection technology demonstrates high sensitivity to low-resistivity anomalies, strong penetration capability, and operational efficiency. However, its interpretation is constrained by susceptibility to ambient electromagnetic interference, non-uniqueness in data interpretation, so it requires enhanced interpretation approaches in complex geological settings. This study focuses on the Yushuquan Coal Mine in Kuqa City, Xinjiang, establishing a comprehensive analytical framework through 3D geoelectric modeling, hydrogeological structure reconstruction, and comparative analysis of multi-phase geophysical data. This integrated approach enables precise identification of water abundance characteristics in major aquifers, as well as water distribution patterns in coal seam goaf areas and burnt rock zones. The results demonstrate that a coupled 3D interpretation system integrating geological, geophysical, and hydrogeological dynamics effectively delineates low-resistivity water-rich anomalies, with identified zones showing strong consistency with practical underground dewatering results. Furthermore, the implementation of an anomaly management methodology incorporating multi-source exploration data fusion, standardized coding protocols, and dynamic monitoring mechanisms significantly reduces exploration costs while providing scientific decision-making support for targeted water hazard prevention in coal mines. This research establishes a novel technical paradigm for water hazard detection and risk assessment in complex mining environments.
0 引言
榆树泉煤矿位于天山南麓,地理位置为:经度 83.136063241°;纬度42.204238842°。矿区侏罗系煤层属于优质焦煤且埋藏浅,年产量约500万 t。由于前期开采导致老窑采空区广泛分布,目前需要高精度物探手段探测地下含水体空间分布及其致灾风险。在之前学者研究中,张志立等(2024)以榆树泉矿为工程背景,采用物理模拟试验,分析了煤层开采过程中覆岩的破坏规律,确定了煤层开采覆岩导水裂隙带高度。张彦董(2022)分析了新疆库车县榆树岭矿井煤岩体的物理力学特性,明确了其弱胶结岩层的特征,得到了导水裂隙带演化规律及最终发育高度。刘斌斌等(2023)以榆树泉煤矿为研究对象,利用三线图、Gibbs 图、同位素及离子比例关系等分析了矿区地下水水化学特征和各水体之间的水力联系程度。
瞬变电磁法(TEM)基于电磁感应,通过发射脉冲磁场激发地下涡流场,根据二次场的衰减特性反演地层电性结构,从而识别低阻富水区,在实际应用中取得较好效果。田忠和马旭(2025)通过对煤矿境界内及境界外200 m范围内进行瞬变电磁法探查工作,有效识别了测区内的低阻异常区,并进行了详细的地质解译和分析。田必林等(2024)通过武汉安山塌陷案例和黄冈采空区探测,发现等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)能清晰识别低阻异常区,电阻率突变界面与构造破碎带对应。职志攀等 (2025)利用瞬变电磁探测法对煤矿开采区中的采空区进行探测,根据探测结果中出现的异常情况进行分析,得出矿区中的水源分布以及可能会出现水害的区域。
在 TEM 解释方面,晏雁(2023)通过坐标转换,将深度-视电阻率数据转换到三维空间坐标系下,利用三维可视化软件制作了瞬变电磁三维可视化成像模型、含水体三维可视化模型、三维切片。田雪峰等(2022)基于多源信息数据库的快速建模信息提取方法和“剖面-钻孔快速递进法”技术,用于快速建立复杂地质实体。同时,基于三维电法勘探解释在实际应用方面也取得一定成果(Badmus et al.,2012;薛国强等,2021;杨申勇等,2024;胡龙兵等,2025)。与以往研究不同,本文基于榆树泉煤矿 2024 年地面瞬变电磁勘探工程,通过构建地质-地球物理-水文相结合的三维综合解释体系,及多源勘探数据融合的异常区管理方法,不仅有效圈定了低阻富水异常区,还实现了异常区的统一编码与动态管理,显著提高了瞬变电磁法在复杂地质条件下探测地下含水体的精度和效率,为类似区域矿区水害防治提供参考。
1 研究区域概况
1.1 矿区概况
榆树泉煤矿位于天山南麓、塔里木盆地北缘山前低中山区向斜,井田地势总体为南北高中间低、区内南北向的小冲沟较发育,主要含煤地层为下侏罗统塔里奇克组(Jlt)。矿井内可采煤层包括下5、下7、下8及下10煤层,其中下5和下10煤层为稳定煤层。
矿区地表以烧变岩为主,冲沟发育,水文地质单元受向斜构造控制,与邻矿(大平滩、伟晔、榆树岭煤矿)无直接水力联系。侏罗纪地层在井田内广泛出露,因煤层自燃原因,地表大部被红色烧变岩所覆盖,煤层发育于下侏罗统塔里奇克组地层之中,侏罗纪地层主要由泥岩、砂岩、砾岩及煤层组成。
1.2 地质概况
井田内出露的地层由老至新有上三叠统黄山街组(T3hs)、下侏罗统塔里奇克组(Jlt)、阿合组(Jla) 和第四系(Q4)。
其中,上三叠统黄山街组(T3hs)岩性以灰黄、灰绿色、黄绿色粉砂岩、泥岩、细砂岩呈不等厚互层状,局部夹有菱铁矿薄层,水平层理发育。
下侏罗统塔里奇克组(Jlt)岩性以灰白色、浅灰绿色粗砂岩、中砂岩及砂砾岩为主,地层厚度340~355 m。煤层主要集中在中上部,在区域上该组地层含煤8~14层,矿井内下5以上煤层及煤层露头已火烧殆尽,地表大部分被红色烧变岩所覆盖。按岩性组合特征及含煤性将本组地层分为上、中、下 3 段。下段(J1t1)出露于井田的北部,上部以深灰色粉砂岩、细砂岩为主,底部为砂砾岩,本段地层厚大于 40 m。中段(Jlt2)出露于向斜的南北两翼,为区内主要含煤段,岩性以灰白色粗砂岩及砂砾岩为主,本段地层厚 84.70~145.77 m。上段(J1t3)全区均有分布,因该段地层所含煤层基本已自燃。岩石受煤层自燃烘烤后多呈红色、紫红色,其底部有一层巨厚层状的灰白色中粗砂岩,地表易于辩别,可作为上段与中段地层的分界标志。本段地层厚度 16.38~108.05 m。
下侏罗统阿合组(Jla)岩性以灰白色、浅黄绿色中、粗砂岩为主,巨厚层状,具大型斜层理,夹薄层细砂岩,底部为灰白色砂砾岩,可见地层厚 6.95~187.93 m。
第四系全新统(Q4al+pl)主要分布于井田3条南北向的冲沟内,沿冲沟呈条带状分布,岩性以细砂、中砂、粗砂、砾石、漂石为主,结构松散,未胶结,地层厚度0~37.02 m(王成,2015;王永申等,2017)。
2 数据采集与处理
2.1 数据采集
研究区与中煤科工西安研究院、西安科技大学和中国矿业大学近年勘探区域组合,共同覆盖了榆树泉矿区外扩 200 m 范围,能对矿区地下含水体全面探测分析,查找隐蔽致灾隐患。几次物探均采用瞬变电磁法,有利于后期多源数据融合解释。
瞬变电磁勘探采用加拿大产的 V8 多功能电法仪,采用大回线瞬变电磁法,发射线框240 m×240 m,发射电流10 A,频率25 Hz,测线网度40 m×20 m,完成物理点14427个,如图1所示。
图1研究区瞬变电磁勘探测点布置示意图
1 —瞬变电磁测点及桩号;2—矿区范围;3—本文研究范围
2.2 数据处理
原始观测数据为各测点不同时窗的瞬变感应电压序列,需通过专业处理转化为具有地质意义的地电参数,具体实施步骤如下:
(1)数据预处理与噪声抑制
对原始电位衰减曲线进行预处理,通过时频域联合分析方法有效剔除干扰信号,提取真实有效的地电响应信息。处理过程中设置动态阈值机制,确保不同强度二次场信号的完整性。
(2)时深转换与地电参数反演
基于烟圈理论建立时深转换模型,将瞬变电压衰减曲线转换为视电阻率参数剖面。采用专业软件实施 Occam 反演,通过正则化约束优化求解层状介质电阻率分布。同时引入视深度转换算法,建立时窗序列与地质深度的对应关系,构建电阻率-深度伪剖面,为地质解释提供关键参数支撑。
(3)多维地电模型构建与地质解释
基于测线坐标系统对观测数据集进行空间归位,采用克里金插值算法生成二维视电阻率断面图,揭示电性结构垂向分异特征。结合地质勘探、钻探柱状图等多源数据,建立目的层位识别标准,通过层位追踪技术提取目标地质体顶底板埋深。应用三维数据体切片技术生成顺层电阻率分布图,实现地质结构的空间可视化表达。
瞬变电磁勘探的资料处理和解释工作是同时进行的,二者之间是一个反复对比验证、从实践到认识的提高过程。本次采集数据基于 MT/T898-2000及DZ/T 0187-2016规范,利用配套软件生成研究区内包含空间位置和视电阻率信息的反演数据,为进行下一步综合解释做好准备(张开元和张杭林,2023)。
3 基于三维建模的数据解释
3.1 建立三维地电结构模型
通过对区内地质资料分析,可深入了解地层岩性和空间分布特征。在此基础上,利用区内钻孔数据做层位标定,并结合测井曲线(如浅侧向电阻率曲线LLS)对不同地层电阻率值进行统计,能有效提高层状反演的约束因子精确度,从而增强反演结果的可靠性和准确性。进一步对区内不同勘探线反演数据进行整合重组,可以构建矿区三维地电结构模型。该模型包含区内地下不同空间位置地层在瞬变电磁法勘探反演后的视电阻率值,能直观反映地层的电性变化趋势和空间分布特征。
图2区内三维地电结构模型
图2为榆树泉煤矿地下三维地电结构模型,能清晰展示矿区地形走势和地质结构特征。从图中可以看到,向斜两翼高程变化明显,3条南北向冲沟分别分布在矿区东、中和西部。在冲沟下游,3个低阻异常区电阻率值低于40 Ω·m,与周围区域存在明显差异,这些异常区被解释为裂隙发育的富水异常区。根据已知水文地质资料,3 条季节性冲沟的积水流向由北至南,岩性由细砂、中砂、粗砂、砾石等组成,多呈条带状分布。由于第四系和下侏罗统阿合组含水层直接覆盖在基岩含水层之上,潜水可通过基岩风化裂隙补给下覆基岩含水层,从而形成水力联系。解释的富水异常区域已在井下 1014 和 1015巷道证实。
在纵向上,不同地层由于岩性不同,视电阻率值表现出颜色变化。通过对电阻率数据进行统计分析,将区内地层大致分为 3 个电性层。(1)区内浅部第四系和下侏罗统阿合组地层,主要岩性为砂、砾岩,整体呈中高阻特征(记为 ρ1);(2)侏罗系煤系地层,主要岩性为砂岩和煤层,在电性上表现为中阻特征(记为 ρ2);(3)深部三叠纪地层,主要岩性为砂泥岩,呈现低阻特征(记为 ρ3)。表1详细列出了各主要地层的电性统计特征,为后续的水文地质分析提供了重要依据。
研究区为典型的沉积地层,区内地层电阻率特征与沉积岩性一致。总体而言,黏土和泥岩电阻率最低,其次是细砂岩、中砂岩和煤层,粗砂岩和砾岩的电阻率最高。岩层在完整状态下通常其电阻率较高,但在受构造运动等地质作用或煤层自燃的影响时,岩层中常发育有破碎裂隙。通常情况下,岩层的破碎程度及其含水饱和度越高,岩石的导电性会越强,地层电阻率会明显降低。这种与周围围岩所产生的电性差异,为利用电法进行水文地质勘探解释提供了地球物理依据。
表1区内主要地层电性统计
通过三维地电结构数据体,能全面直观了解区内不同位置和不同深度地层电阻率分布规律。此外,根据需求可以快速生成特定勘探线的二维地电剖面图,为下一步的低阻异常区解释提供坚实基础。
3.2 构建三维煤层水文地质结构
根据水文资料,区内煤层顶部的砂岩、砾岩裂隙孔隙相对发育多为含水层,泥岩、泥质粉砂岩和炭质泥岩等细颗粒岩石为相对隔水层。矿井充水水源主要包括大气降水、地表水、第四系砂砾石层潜水、古火烧区烧变岩裂隙水、煤层及煤层顶底板基岩裂隙水及老空水。具体含水层划分情况见表2。
表2含水层(段)划分一览
对区内主采煤层高程进行统计,结合已知勘探线和水文观测孔资料,建立了矿井煤层水文地质分布立体结构。图3直观展示了各主采煤层的分布特征,受向斜构造影响,煤层发育集中在其轴部和两翼,且向斜轴部为地下水的流动和聚集提供了天然通道。下5煤层主要沿向斜轴部分布,下7-1发育在 5~8勘探线,下10煤层东南部为空白火烧区。
基于长期观测孔水位数据,可直观展示含水层水文变化。7线以西的观 20和观 21孔在 2023年 12 月 23日水位分别为 1730 m 和 1734.89 m,与 2023年 1月3日水位对比没有变化。然而,这两个观测孔水位均低于附近下5煤层底板标高(最低 1747.58 m),表明该区域下5煤层顶板 H3含水层水位较低,富水性较弱。该含水层是下5煤层主要风险水源。对比之前水文地质剖面图,推断开采下5煤层水害风险已显著降低,矿方在此期间进行井下疏放水工作成效显著。
冲沟积水是区内地下水主要充水水源,地表水通过基岩和火烧岩裂隙渗入,形成稳定的补给通道。渗入地下水向向斜轴部集中,流向 6 勘探线和区域东部地势洼地,最终通过井下抽排工作排泄出区外,这一流动路径与煤层分布和区域构造环境密切相关。通过图中三维可视化方式,可直观了解区内地下水“补给-径流-排泄”体系(马蓝建等, 2025)。
总之,通过观测煤层含水层分布特征和水文地质结构中水位变化,可以对矿区整体水文规律有全面了解,能提高对富水异常区的判断。
图3三维煤层水文地质结构图
3.3 勘探成果解释
利用本次勘探解释出的矿井含水层电阻率参数,结合地电模型、水文地质结构,可以圈出主要含水层富水性、采空区和火烧区富水性(安守学等, 2023)。
图42540测线(局部)视电阻率断面图
1—下7-1煤;2—下8煤;3—下10煤;4—井位及编号;5—推断地层岩性界线;6—下侏罗统塔里奇克组下段;7—下侏罗统塔里奇克组中段;8—下侏罗统塔里奇克组上段
图4是研究区内 2540 测线部分视电阻率断面图,该测线位于研究区西部。根据研究区钻探资料,该测线在 5-3 钻孔附近。下侏罗统塔里奇克组上段(J1t3)在区内因煤层自燃而不含煤,厚度90 m左右,区域火烧岩呈红色,岩性主要以粗砂岩为主,视电阻率值大于220 Ω·m,表现为高阻特征;下侏罗统塔里奇克组中段(J1t2)为煤系地层,发育有下7-1、下8 和下10煤层,与砂砾岩互层,厚度100 m左右,视电阻率值 80~220 Ω·m,表现为中高阻特征;下侏罗统塔里奇克组下段(J1t1)岩性为粉砂岩、泥岩、细砂岩,电阻率表现为低阻特征。从图中可以看到,在横向上,相同地层的电性特征表现为均一性;在纵向上,电阻率的变化特征与钻孔揭示的不同岩层的电性特征相符,煤层与钻孔揭露吻合较好(胡兵等, 2023;齐朝华,2023)。
通过对瞬变电磁探测结果的综合分析,结合三维地电结构和水文地质模型,可以对各含水层的富水性进行下一步解释。
图56260线视电阻率断面图
1—下5煤;2—下7-2煤;3—已开采下10煤;4—煤层火烧区;5—推断富水异常区
图5为研究区东部 6260线视电阻率断面图,所在区域发育有下5、下7-2和下10煤层。图中地层视电阻率总体电性特征,与对应岩性分布相符合。下10 煤层浅部为火烧区域(图中方框内),深部为已开采煤层(黑色虚线)。在火烧区内,煤层位置视电阻率值为50~60 Ω·m,和周围围岩相比,没有明显低阻异常区,推断此处火烧岩层没有富水异常区。在测点 1260~1480 和 1620~1740 之间(图中椭圆标示)视电阻率值 20 Ω·m左右,相对较低,与附近岩层有明显电性差异。综合推断两处低阻异常为煤层采空积水区,该推断结果经矿方验证属实,在井下 1014 和 1015 巷道存在部分积水。根据已知地质和水文资料,矿井受浅部煤层自燃高温烘烤、火烧的作用,浅部煤层顶板岩石构成裂隙发育的烧变岩,岩石硬而脆、破碎,透水性强。局部大气降水和地表水则经过岩石风化裂隙和烧变岩裂隙渗入而成充水水源。当井下煤层开采后,受冒落裂隙带影响,地表水与地下水上下沟通,易造成矿井水害风险(雷光学, 2021;李学潜,2022;孙文斌等,2023)。
4 基于多源数据融合的综合解释
根据收集资料,近年来榆树泉矿方对全部矿区不同位置均委托不同单位进行地面瞬变电磁法勘探工作(覆盖全矿区外扩 200 m),其中有部分区域重合,都取得一定的勘探成果资料。通过多源数据融合管理,对不同勘探成果进行综合解释,可以形成跨单位、跨时间的数据合成分析。
以下10煤层为例,该煤层为可采的稳定煤层,平均6.20 m。图6为下10煤层富水异常区综合示意图,从中可以看到,在中部勘探交界区域存在显著的解释差异性。其中,中国矿业大学对重合处解释异常区 W10-1 富水面积(0.02 km2)比西安研究院解释 W10-15富水面积(0.18 km2)要小,西安科技大学在同期勘探中未圈定富水异常区,而本次勘探解释 W10-12 富水区面积(0.01 km2)也较小。时序分析显示(勘探时间序列:西安研究院→中国矿业大学 →西安科技大学→本次勘探),该区域井下 1016 工作面一直在进行疏放水工作,积水量和水压均在减小,证实含水层补给速率滞后于人工排泄强度,前期井下疏放水工作有效果。
东部区域对比显示,本研究 W10-10(0.02 km2) 和 W10-11(0.01 km2)异常区与前期中国矿业大学 W10-5(0.23 km2)重合,但面积缩减87%。结合井下实际,W10-11 为已知水仓,W10-10 为 1014 工作面采空区积水,其补给机制是地表水经过附近冲沟火烧岩层裂隙通道进入煤层含水层,而煤矿在采掘期间会破坏隔水层结构,以致形成导水通道。
根据矿方提供疏放水记录,1014 采空区(含 1012采空区)截至2024年3月8日24点累计放出积水374809.5 m3,同时1014工作面采空区积水水压由最初的 0.65 MPa降至目前的 0.00 MPa,1012工作面采空区积水水压由最初的 0.58 MPa 降至目前的 0.20 MPa,疏放水量由原来的最大 403 m3 /h 衰减到目前的 25 m3 /h,1014 采空区(含 1012 采空区)积水量甚少。本研究重合区域解释富水区范围与前期勘探相比在缩小,与井下实际监测相符合。
综合分析表明:(1)本次瞬变电磁勘探方法对榆树泉矿井下富水异常区有很好探测效果。(2)根据电阻率变化,时序TEM监测能定性呈现疏放水工程的水文响应特征,动态展示疏放水变化。(3)三维地电模型在冲沟附近圈定的低阻异常区(小于 40 Ω·m)、煤层水文地电结构中6勘探线和区域东部的地层低洼处,与中部和东部解释的大量富水区分布是一致的。所以,地质-地球物理-水文的协同解释模型和不同勘探成果融合解释能丰富瞬变电磁法对地下含水体探测解释手段,有效克服单一地球物理方法的解译多解性,提高该探测方法在类似地区含水体的识别能力。
图6下10煤层富水异常区综合示意图
1—火烧区范围;2—本次勘探推断富水区;3—西安科技大学推断富水区;4—中煤科工西安研究院推断富水区;5—中国矿业大学推断富水区; 6—向斜轴部;7—富水区编号;8—矿区范围;9—矿区外扩范围
基于多期瞬变电磁勘探成果,对全矿区42个富水异常区进行统一编号,编号规则为“煤层代码+序号”(如 W10-1 代表下10煤层第 1 号异常区)。根据视电阻率值变化,推断富水面积和标高,警示水害风险和富水来源,并对进一步验证情况给出合理建议 (表3)。在下10煤层,采空积水区 W10-3 和 W10-5 面积最大(0.2~0.3 km2),积水标高+1604~+1607 m,井下为老窑和 1012/1014 采空积水区,水源为地表径流通过烧变岩裂隙补给,风险等级相对较高,是雨季突水防范重点。
通过整合多源数据(TEM、钻孔、水文监测),统一编号和动态分析,建立富水异常区数据库,同时追踪水文观测孔水位变化,形成“物探圈定-钻孔验证-疏放优化”的全流程防治水体系,提高煤矿防治水科学水平和工作效率。
表3下10煤层(部分)富水区统计
5 结论
本文对榆树泉煤矿瞬变电磁勘探成果综合分析,查明了附近区域地下水“补给-径流-排泄”体系。研究发现,区内煤层采空积水区、火烧岩和含水层富水区充水水源主要来自 3 条冲沟内径流积水,这些地表水通过火烧岩或基岩裂隙渗入补给含水层。在煤层开采、岩层火烧和断层构造破坏作用下,含水层之间相互沟通形成水力联系,导致地下水在这些区域聚集成各种富水区。随着矿方井下疏放水工作的持续进行,含水层水位呈现明显下降趋势。水流总体流向发生变化,逐渐向向斜轴部集中,最终流向6勘探线和东部低洼处。
在西北干旱区,随着煤炭开采规模和深度的逐渐加大,煤层自燃造成的烧变岩与采空区积水叠加,显著增加了水文地质条件和观测环境的复杂性。对地下含水体探测成为保障煤矿安全生产过程中遇到的巨大难题。瞬变电磁法作为一种成熟的物探方法,易于操作,应用广泛,取得很好的效果。然而,该方法基于数学反演结果作为主要推断依据,通过反演地下介质的电性参数来推断地质结构,其结果易受地表电磁噪声、仪器误差及地质条件非均匀性的影响,导致存在解的非唯一性问题。需要减小环境因素的干扰,引入地质、水文和钻孔等多种约束因子,优化反演模型,才能降低多解性问题。
本文通过构建地质-地球物理-水文动态耦合的三维综合解释体系,能直观展示地下岩层的电性特征及其水文地质条件关联性,为后期解译区内地下水“补给-径流-排泄”体系提供重要依据,有效克服了瞬变电磁法在复杂地质条件下解释多解性的问题。同时多源勘探数据对比分析,能动态验证地下径流随时序变化疏放效果,节约重复勘探成本,产生较好的经济效益,为煤矿水害防治提供了新的技术范式。
(1)瞬变电磁法可有效识别榆树泉煤矿地下含水体,低阻异常值能很好圈定采空区积水和烧变岩富水带。三维电性结构建模技术可初步识别冲沟渗流区岩层裂隙积水。水文地质结构可直观了解区内地下径流“补给-径流-排泄”体系。
(2)将不同区域的 TEM 数据(覆盖全矿区外扩 200 m)进行整合,形成跨单位、跨时间的数据合成分析,可全面了解区域地下含水体水文变化规律,不仅提高了数据的利用效率,还有助于降低重复勘探成本。
(3)对多源数据进行融合,建立“异常区编号-风险等级-验证情况”分类体系,合成全区域富水区数据库,实现异常区统一编码与动态管理,提升防治水决策科学性和效率。
(4)在西北复杂水文地质条件下,煤矿隐蔽致灾风险受构造、采空区及煤层自燃等叠加因素影响,且在雨季前后地下水位变化大,采用“物探-钻探-监测”和“地面-井下”相配合的综合防控体系效果更好。
图1研究区瞬变电磁勘探测点布置示意图
图2区内三维地电结构模型
图3三维煤层水文地质结构图
图42540测线(局部)视电阻率断面图
图56260线视电阻率断面图
图6下10煤层富水异常区综合示意图
表1区内主要地层电性统计
表2含水层(段)划分一览
表3下10煤层(部分)富水区统计
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