瞬變電磁在鄂莊煤礦11502西工作面應(yīng)用

1 瞬變電磁探測方法技術(shù)

1.1 探測地球物理?xiàng)l件

從巖性物性差異的角度，一般變化規(guī)律認(rèn)為泥巖、粉砂巖、中砂巖、粗砂巖、礫巖到煤層、灰?guī)r，電阻率逐漸增高，即煤層、灰?guī)r相對(duì)其它巖層為高電阻率阻層，若巖層含水，則隨著其含水率的增加電阻率值減小，因此巖層電阻率發(fā)生變化除與巖層巖性本身有關(guān)外，其含水性也起決定作用，故在灰?guī)r等高阻地層中，地層含水，表現(xiàn)為低電阻率值；相反，則表現(xiàn)高電阻率值。

探測迎頭前方受斷層影響，可能存在導(dǎo)水裂隙或含水構(gòu)造，在地球物理上表現(xiàn)電性差異，因此采用瞬變電磁法探測迎頭前方電性分布情況，為巷道安全掘進(jìn)提供可靠水文地質(zhì)參數(shù)。

1.2 礦井瞬變電磁探測特點(diǎn)

由于井下特殊施工環(huán)境，礦井瞬變電磁法與地面瞬變電磁法以及其它的礦井物探方法有很大的不同，主要有以下幾方面的特點(diǎn)：

（1）受井下巷道施工空間所限，只能采用邊長小于3m的多匝小線框，工作效率高；

（2）由于采用小線圈測量，點(diǎn)距更密（一般為2～20m），體積效應(yīng)降低，橫向分辨率提高，再者測量裝置靠近目標(biāo)體，異常體感應(yīng)信號(hào)較強(qiáng)，探測靈敏度高；

（3）由于小線框發(fā)射電磁波的方向性明顯，井下超前探測時(shí)，探測目標(biāo)區(qū)域更具針對(duì)性；

（4）受發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間的影響，一般存在10～20m左右的淺部探測盲區(qū)；

（5）井下施工時(shí)，測量數(shù)據(jù)容易受到金屬物的干擾，需要在資料處理解釋中進(jìn)行校正或剔除。

2 現(xiàn)場布置及數(shù)據(jù)采集

2.1 探測布置

2.1.1 工作裝置的現(xiàn)場布設(shè)

根據(jù)多匝小回線發(fā)射電磁場的方向性，可認(rèn)為線框平面的法線方向即為瞬變電磁探測方向。因此，將發(fā)射、接收線框平面對(duì)準(zhǔn)煤層頂板和底板進(jìn)行探測，便可反映煤層頂板和底板煤層內(nèi)部的地質(zhì)異常。根據(jù)這個(gè)原理結(jié)合本次的探測目的，對(duì)工作面內(nèi)探測時(shí)可將重疊回線裝置平行于巷幫，使線框平面的法線與工作面平行；對(duì)頂板進(jìn)行探測時(shí)可沿煤層將線框與底板傾斜一定的角度確保線框平面的法線指向工作面頂板。

工程布置情況見圖2：鄂莊煤礦11502西工作面瞬變電磁探測工程布置圖。探測方向見圖2：11502西工作面瞬變電磁探測施工剖面示意圖。

2.1.2 探測區(qū)域及完成工作量

（1）11502西工作面運(yùn)輸巷。

瞬變電磁實(shí)測物理點(diǎn)34個(gè)，起始點(diǎn)為0#，結(jié)束點(diǎn)為33#，測量點(diǎn)距10m。每個(gè)測點(diǎn)沿2個(gè)方向探測，即與煤層夾角-45°、-90°方向，實(shí)測方向點(diǎn)68個(gè)。

（2）11502西工作面軌道巷。

瞬變電磁實(shí)測物理點(diǎn)35個(gè)，起始點(diǎn)為0#，結(jié)束點(diǎn)為34#，測量點(diǎn)距10m。每個(gè)測點(diǎn)沿2個(gè)方向探測，即與煤層夾角-45°、-90°方向，實(shí)測方向點(diǎn)70個(gè)。

（3）11502西工作面切眼。

瞬變電磁實(shí)測物理點(diǎn)11個(gè)，起始點(diǎn)為0#，結(jié)束點(diǎn)為10#，測量點(diǎn)距10m。每個(gè)測點(diǎn)沿1個(gè)

3 質(zhì)量評(píng)價(jià)

根據(jù)《瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程》（DZT0187-1997）要求，現(xiàn)場施工過程中進(jìn)行了9個(gè)測點(diǎn)的檢測，為取得良好的質(zhì)量檢測效果，檢測點(diǎn)基本均勻分布于各條巷道內(nèi)。質(zhì)量評(píng)價(jià)依據(jù)為質(zhì)檢率（檢測點(diǎn)占測點(diǎn)總數(shù)的比例），檢測點(diǎn)V/I平均均方相對(duì)誤差（均方差）、全部檢測點(diǎn)總的V/I平均均方相對(duì)誤差（均方差）。

本次探測實(shí)測物理點(diǎn)157個(gè)，檢測點(diǎn)9個(gè)，質(zhì)檢率5.73%，檢測點(diǎn)最大V/I均方差4.71%，檢測點(diǎn)總的V/I均方差4.03%。

4 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果解析

本次瞬變電磁探測數(shù)據(jù)處理主要流程為：數(shù)據(jù)上傳→格式轉(zhuǎn)換→數(shù)據(jù)濾波處理→計(jì)算晚期視電阻率→正反演計(jì)算→結(jié)果成圖。

低阻異常劃分需綜合分析低阻區(qū)域分布特征、測區(qū)地球物理特征及已有地質(zhì)水文資料等，一般以均值減去1.5～2倍的均方差作為低阻異常最高限值。本次瞬變電磁探測采集視電阻率數(shù)據(jù)均值為111.8Ω·M，均方差為25.3，采用均值減去2倍均方差作為低阻異常最高限值，因此，將視電阻率等值線成果圖上視電阻率幅值低于12.6Ω·M的面積比較大的紅色等值線包圍的綠色區(qū)域或數(shù)個(gè)紅色等值線包圍的、相近的且有低阻區(qū)相連的區(qū)域劃分為低阻異常區(qū)，一些面積較小、零散分布的低阻區(qū)因影響范圍較小則不作為異常區(qū)處理。

經(jīng)上述數(shù)據(jù)處理過程，獲得巷道瞬變電磁剖面結(jié)果，圖中不同的顏色代表不同的視電阻率值，顏色由冷色調(diào)到暖色調(diào)說明阻值從小變大的趨勢(shì)。

11502西工作面軌道順槽與運(yùn)輸順槽聯(lián)合反演解釋成果：

由圖3 11502西工作面軌道順槽與運(yùn)輸順槽聯(lián)合反演解釋成果圖，本次探測在軌道巷點(diǎn)0～10m、260～300m存在相對(duì)低阻區(qū)，以低于12.6？贅·m作為低阻異常區(qū)解釋標(biāo)定，共圈定2處低阻異常區(qū)，編號(hào)為異常區(qū)1和異常區(qū)2。

結(jié)合地質(zhì)條件推斷認(rèn)為低阻異常區(qū)1、2主要位于11502西工作面底板，應(yīng)為工作面下部五灰及奧灰頂部巖溶裂隙充水引起的電性反映，由于該區(qū)視電阻率阻值低，垂向延展距離長，推斷1、2區(qū)范圍內(nèi)五灰與奧灰發(fā)生水力聯(lián)系的可能性較大，且在低阻異常區(qū)內(nèi)富水性較強(qiáng)。在11502西工作面底板富水性較強(qiáng)的區(qū)域，受其影響工作面內(nèi)煤層的飽含水性相應(yīng)增強(qiáng)。

5 結(jié)論及建議

（1）本次探測的兩個(gè)低阻異常區(qū)，分別為異常區(qū)1在軌道順槽0～10m范圍；異常區(qū)2在運(yùn)輸順槽260～300m，軌道順槽260～280m范圍。

（2）結(jié)合地質(zhì)條件推斷認(rèn)為低阻異常區(qū)1、2主要位于11502綜采工作面底板灰?guī)r，且在低阻異常區(qū)內(nèi)富水性較強(qiáng)，兩區(qū)域內(nèi)低阻異常區(qū)穿過五灰延伸至奧灰頂界面以下，“低阻異常區(qū)2”發(fā)育范圍較大；“低阻異常區(qū)1”、“低阻異常區(qū)2”所在區(qū)域內(nèi)，奧灰可能的含水部位均靠近奧灰頂界面，五灰、奧灰水力聯(lián)系密切，應(yīng)注意五灰與奧灰發(fā)生聯(lián)通的可能性。

（3）在11502西工作面底板富水性較強(qiáng)的區(qū)域，受其影響工作面內(nèi)煤層的飽含水性相應(yīng)增強(qiáng)。

（4）上述兩區(qū)域通過相對(duì)低阻區(qū)與工作面底板相連，不能排除工作面底板通過斷裂構(gòu)造與五灰、奧灰發(fā)生水力聯(lián)系的可能性。

收稿日期：2018-4-15