礦用瞬變電磁儀探測技術在50101綜采工作面的應用

文/郝彥青

礦用瞬變電磁儀探測技術在50101綜采工作面的應用

文/郝彥青

山西寧武能源投資有限責任公司50101綜采工作面位于井田西部邊界，屬厚煤層，煤層沉積較穩定，煤層傾角較平緩，賦存穩定，頂板為深灰色細砂巖，底板為黑色泥巖或灰色砂質泥巖。受斷裂構造影響，局部煤層松軟破碎，厚度有一定變化。對工作面推進有影響的主要含水層為2#煤頂板和底板砂巖含水層。頂板含水層富水性弱,補給條件差,主要以靜儲量為主，根據50101順槽掘進情況來看,掘進過程中頂板局部有滴水或淋水出現,在遇有裂隙或斷層時淋水會加大。50101工作面巷道回采過程中頂板同樣具有上述現象，預計頂板最大涌水15m3/h。

為避免工作面推進中直接揭露含水構造，寧武煤業公司于2012年年初完成了井下50101回采工作面瞬變電磁法井下原始數據的采集。采用礦用瞬變電磁儀探測超前位置，探測前方頂板、順層和底板的低阻體異常及分布范圍，以及分析測區內含水構造形態及水力聯系，從而對測區內煤層開采或水害治理提供物理探測技術依據，并為布置探防水鉆孔設計提供依據，為50101工作面安全回采提供了保障。

一、礦井瞬變電磁（TEM）法的原理

瞬變電磁技術(TransientElectromagneticMethod,簡稱TEM)是近年發展較快并得到廣泛應用的一種勘探方法。它是利用不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不接地線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。

受礦井軌道、高壓環境及小規模線框裝置的影響，礦井瞬變電磁法在井下的探測深度可以有效解釋180m左右，具有以下特點：

1．采用邊長1.5m的多匝回線裝置，與地面瞬變電磁法相比，數據采集勞動強度小，測量設備輕便，工作效率高，成本低；

2．采用小規模回線裝置系統，保證了數據質量，降低了體積效應的影響，提高了勘探橫向分辨率；

3．井下測量裝置距離異常體更近，提高了測量信號的信噪比，實驗表明，井下測量的信號強度比地面同樣裝置及參數設置的信號強度大得多；

4．地面瞬變電磁法勘探一般只能將線框平置于地面測量，而井下瞬變電磁法測量方式靈活，可以將線圈放置于巷道底板測量，探測底板一定深度內含水性異常體垂向和橫向發育規律，也可以將線圈直立于巷道內，當線框面平行巷道掘進前方，可進行超前探測；當線圈平行于巷道側面煤層，可探測工作面內和頂底板一定范圍內含水低阻異常體的發育規律；

5．礦井瞬變電磁法對高阻層有較強的穿透能力，對低阻層有較高的分辨能力。

二、在50101綜采工作面的施工布置及技術措施

1.防治水措施：工作面在推進過程中,應堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先探后采”的探放水原則；在接近斷層時提前探放水,回采在施工至斷層60m時提前進行電磁儀物探探查該斷層的富水或導水性；工作面在施工過程中,應及時安設好排水設備,完善排水系統。

2.礦井瞬變電磁法勘探試驗施工布置與工作量：沿巷道迎頭布置測線3條，通過在迎頭移動發射接收線圈，形成3條超前探測的實測剖面。每條測線11個物理點，總計33個物理點。

3．施工技術措施：礦井瞬變電磁法勘探裝置類型采用重疊回線組合裝置，邊長1.5m的激發和接收正方形線圈，激發線圈匝數4匝，接收線圈匝數5匝。供電電流檔為50A，供電脈寬10ms，采樣率16?S。每個測點至少采用30次疊加方式提高信噪比，確保了原始數據的可靠性。

4．質量評述：50101綜采工作面礦井瞬變電磁法勘探試驗數據采集，嚴格按《瞬變電磁法技術規程》《電阻率測深法技術規程》執行，通過加大發射功率的方法增強二磁場，提高信噪比等方法，提高了數據采集的準確度，保證了施工質量。

三、礦用瞬變電磁儀物探勘探成果

采取由已知到未知，由點到線，由線到面，由簡單到復雜的解釋原則，首先，對探測數據進行地下半空間和地形較正，消除地形對采集數據的影響；其次，對地質不均勻體進行較正，消除不確定地質因素對所采集數據的影響。通過數據處理，給出了每條測線探測的等視電阻率剖面圖；第三，結合地質資料，把物探異常轉化為地質異常。

儀器采集的原始數據為歸一化電位值，即電位對電流的比值。將數據室內回放，原始數據打開后呈現如圖2所示的兩部分曲線，縱坐標表示某個測點的實測V/I值，從上到下依次為1~32道，可以選擇更多道數。

多測道視電阻率剖面圖

縱坐標分別表示歸一化電位值為10-2到104，以對數方式顯示，橫跨六個數量級，單位為“微伏/安培”；橫坐標表示該記錄的若干個測點記錄，即實際采集了多少個采樣點；“x”表示第幾個測點記錄，“y”表示該測點某測道的實測V/I值。圖例右側表示多測道時間的標注，時間從400us開始到60ms結束，中間分30個測道，不同測道用不同顏色標注。

由圖可橫向分析出測區的電性大致分布趨勢，峰值越大表示該區域地下的導電性較好，視電阻率就越趨于小，相對顯示低阻異常。可作為后續的數據處理及異常區判斷的原始根據。縱向可從多測道圖的疏密程度來分析不同深度視電阻率的高低，曲線密集處表示該區域地下的導電性好，視電阻率小；曲線稀疏處表示該區域導電性差，視電阻率高。經過相關計算可以得出每個測點的視電阻率值，然后用作圖工具制作成圖，并結合公司現有地質及水文地質情況直觀地判斷測區巖層的電性分布特點。

1．50101綜采工作面（距巷口734m）1、2、3號線側幫物探資料解釋：

50101綜采工作面側幫探測共獲得實測扇形剖面3幅，分別為距工作面180m處，前上方45°仰角探測扇形剖面、側幫順層探測扇形剖面、側幫下方45°俯角探測扇形剖面。

（1）1#低阻異常區位于回風順槽水平向左，工作面方向60~180m處，異常形態呈局部塊狀。根據實際現場情況，需進行左側幫方向的鉆探驗證。

（2）2#低阻異常區與硐軸線夾角70°~80°左右，斜向上30°方向，距離運輸順槽80~180m處，異常形態呈水平帶狀。該低阻異常較為明顯，需進行該方向的鉆探驗證。

2．50101綜采面沿煤層傾向2號線探測扇形剖面解釋：

（1）1#低阻異常區相對回風順槽來說：位于水平工作面方向，距離工作面約40~90m處，該區域低阻異常反應較為明顯，根據實際現場情況，需向該方向進行鉆探驗證。

（2）2#低阻異常區：位于運輸順槽一側，與硐軸線夾角80°~90°之間，順層方向，距離運輸順槽約90~ 180m處，異常形態呈水平帶狀。該區域低阻異常反應較為明顯，需進行該順層方向的鉆探驗證。

3．50101綜采面探測向下方45°俯角探測扇形剖面解釋：

1#低阻異常區位于運輸順槽方向，與硐軸線夾角70°~80°之間斜向下45°方向，距離運輸順槽約110~130m處。根據實際現場情況，需進行該方向的鉆探驗證。

（作者系山西寧武能源投資有限責任公司董事長）

（責任編輯：周瓊）