礦井瞬變電磁法密集角度探測應用研究

樊林林

（晉煤集團技術研究院 物探工程分公司，山西 晉城 048000）

礦井瞬變電磁法密集角度探測應用研究

樊林林

（晉煤集團技術研究院 物探工程分公司，山西 晉城 048000）

為了避免工作面回采過程中形成突水威脅，在工作面形成通風系統后，通過采用礦井瞬變電磁法對工作面內部及頂部區域進行富水性探測，為下一步工作面探放水工作圈定目標區域。對晉城煤礦XV3307工作面重點關注區域及層位采用密集角度進行探測，結果表明：礦井瞬變電磁法密集角度探測，對采空區及富水區的富水性探測具有較好效果。

礦井瞬變電磁法；回采工作面；密集角度探測；探放水

礦井水害是煤礦生產中經常遇到的地質災害和制約煤礦安全生產的主要因素之一[1]，開展井下隱蔽致災構造超前探測對于礦井水害防治具有重要意義[2-4]。由于對水反應敏感礦井瞬變電磁法，目前在國內各大礦井防治水工作中得到了廣泛應用。

1 物性前提

不同地層電性分布規律不同是瞬變電磁法探測的物性前提。煤層與其頂底板巖層巖性不同，電性分布規律自然也不同。在自然沉積狀態下，縱向上各沉積層層序分明，其導電性有特定的規律性，而在橫向上同層沉積均一，其導電性也較一致。在構造及巖層破碎地帶，有空隙存在，導電性差，表現出局部高阻；若這些空隙中含水，會使導電性提高，表現出局部低阻。即如果存在斷層、裂隙帶和陷落柱等地質構造時，無論其含水與否，都會表現出與正常巖層不同的導電特性。因此，通過瞬變電磁法可以有效地確定這些構造及富水區域，為礦井防治水害提供預報。

2 探測原理

瞬變電磁儀是利用接地線源或不接地回線向地層發射一次脈沖電磁場，在一次脈沖磁場間歇期間利用線圈或接地電極觀測地下介質中的二次感應渦流場，從而探測介質電阻率的一種方法。探測時由發射線圈發射電流，在探測區域激發電磁場，隨即斷電，使周邊煤巖層中產生感應電流，再由接收線圈接收。由于煤巖層巖性及含水性不同，相應的導電性也不同，接收線圈接收到煤巖層反饋的信息，處理反演后即可反映煤巖層構造及富水情況。煤巖層中的感應電流隨時間衰減，早期衰減較快，趨膚深度小，晚期衰減慢，趨膚深度大。為探測更深的深度，后期數據處理時一般采用晚期數據進行反演。瞬變地磁法密集角度探測，由于探測角度多，可以獲取豐富的數據，減少后期成圖過程中數據差值對探測結果的影響，因此可以提高探測準確性和精度。

3 應用實例

晉城某礦XV3307工作面位于15號煤，底板為本溪組鋁質泥巖和峰峰組石灰巖，比較穩定。在該工作面周邊及上方相距30 m的9號煤分布有情況不明的小窯，因此對工作面內部順層及頂板進行密集角度探測。使用儀器為YCS160礦用瞬變電磁儀，在工作面兩條巷道中每10 m布置一個測點。每個測點探測7個方向，分別為順層0°、頂板15°、頂板30°、頂板45°、頂板60°、頂板75°、頂板90°，具體布置角度見圖1。

圖1 探測角度示意圖

通過數據處理、反演計算和成圖，形成XV3307工作面不同高度電阻率平面圖。圖2為頂板30 m切片平面圖，圖中橫坐標0點對應于巷道切眼，縱坐標軸為沿探測方向的距離，橫坐標軸對應巷道測線。圖中不同色標表示不同的視電阻率值，由冷色調到暖色調視電阻率值逐漸升高，即由藍色到紅色表示視電阻率不斷升高。

圖2 頂板30 m切片平面圖

從圖2中可以看出，XV3307工作面頂板30 m切片圖中大致分為4個低阻異常區和3個高阻異常區，分別命名為低阻異常1～4，高阻異常1～3。低阻異常1中距切眼180 m～230 m范圍內XV3210巷頂板有不同程度的淋水，推測距切眼180 m～250 m內富水可能性較大。低阻異常1被局部相對高阻分為兩部分，該相對高阻為巷道掘進過程中揭露的小窯巷道。低阻異常2和低阻異常3位置靠近XV3213巷，該巷道較XV3210巷地勢低，分析低阻異常2及低阻異常3富水可能性較大。低阻異常4位于整個工作面地勢最低處，且距切眼720 m～730 m處有淋水現象，分析認為650 m～750 m處富水可能性較大。高阻異常1～3推測為上層采空區，可能有積水。

圖3為XV3307工作面探放水設計圖。XV3213巷和XV3214巷各設3個鉆場，共計6個鉆場，各鉆場鉆孔設計方向見圖3。各鉆場鉆孔情況（略）。

頂板30 m瞬變電磁法探測視電阻率切片平面圖與探放水成果圖疊加見圖4。

圖3 XV3307工作面鉆孔設計圖

圖4 瞬變探測結果與探放水成果疊加圖

6個鉆場共35個鉆孔，其中出水11個。11個出水孔中，1號鉆場4號鉆孔、3號鉆場7號鉆孔、4號鉆場4號鉆孔和6號鉆場4號鉆孔及加6號鉆孔出水點均在工作面探測范圍以外，但其都在視電阻率值逐漸變大趨勢范圍內。3號鉆場2號、3號和4號位于局部相對高阻范圍，鉆孔出水量少，并在較短時間內流量變為零。2號鉆場5號鉆孔出水點位于低阻異常2內，5號鉆場1號鉆孔和7號鉆孔出水點分別位于高阻異常3和高阻異常2內。

通過上述統計可看出，出水點大多分布在高阻區域附近，經分析，認為是由于采空區內積水相對于采空區整體容積比例較小引起的。因此，在探測采空區時，除了要重點關注低阻區域外，高阻區域也應該是關注的重點。

4 結束語

結合礦井瞬變電磁法探測結果和實際探放水結果，得出以下結論：1）密集角度探測可有效識別小窯巷道，對未知小窯及空巷探測有重要意義。2）采空區探測過程中要高度關注高阻異常區。不僅低阻異常區可以含水，高阻異常也可以含水，特別是周邊存在采空區，往往會在采空區內富集老空水，但在阻值上反應為相對高阻區域。3）井下瞬變電磁法數據處理及成圖過程中，兩數據點間無數據時是通過差值來完成成圖的，若數據點間隔間存在異常體，則成果圖中將會漏掉該異常區域。因此，在條件允許的情況下，盡量采用密集角度探測。

[1]韓建光,田穎,張寧.礦井物探技術在煤礦水害預測中的應用[J].高校理科研究,2009(22):70,72.

[2] 李文峰.礦井物探在煤礦防治水中的應用[J].河北煤炭,1999(SI):38-39.

[3]劉樹才,岳建華,劉志新.煤礦水文物探技術與應用[M].徐州:中國礦業大學出版社,2006:31-87.

[4] 李玉寶,王邦成,孫吉益.礦井物探技術的應用及效果[J].河北煤炭,1999(11):43-44.

[5]張軍,趙瑩,李萍.礦井瞬變電磁法在超前探測中的應用研究[J].工程地球物理學報,2012,9(1):49-53.

[7]岳建華,姜志海.礦井瞬變電磁探測技術與應用[J].能源技術與管理,2006(5):72-75.

（編輯：李森森）

Application of Transient Electromagnetic Method in Intensive Angle Detection

FAN Linlin
(Geophysical Engineering Branch,Institute of Technology,Shanxi Jincheng Anthracite Group,Jincheng 048000,China)

To avoid water bursting in the caving process,after the ventilation system formed,transient electromagnetic method was used to detect the water abundance in the working face and roof areas so as to delineate the target area for the next work of water exploration.The exploration with intensive angle detection technology on focus areas and layers of the XV3307 working face shows that the intensive angle detection with the transient electromagnetic method has ideal effects on the water abundance detection in mined-out areas and water-rich areas.

transient electromagnetic method;cavingface;intensive angle detection;water exploration

P631.325

A

1672-5050（2016）04-012-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.08.004

2015-08-17

樊林林（1984-），男，山西臨汾人，碩士，助理工程師，從事地球物理方法技術研究與應用工作。