淺談瞬變電磁法在巷道掘進中的技術應用

張劍

摘 要：隨著礦井開采范圍增大，受水害威脅的區域增多，開采煤層主要存在底板隔水層厚度較薄，受下伏奧陶紀灰巖水威脅，使巷道掘進存在一定的突水危險性，嚴重威脅著礦井的安全生產。因此，在巷道掘進時要提前做好瞬變電磁法探查的必要工作。

關鍵詞：瞬變電磁法;巷道掘進;技術應用

1 掘進巷道地質及水文地質情況

1.1 掘進巷道地質情況

西翼集中軌道巷位于首采區中部，根據地面三維地震勘探資料分析：該區域地質條件較復雜。軌道巷掘進至364米時可能揭露逆斷層F13（H=7m∠45°），掘進至530米時可能揭露地質異常區。將給巷道正常掘進帶來一定影響。掘進過程中可能造成冒頂或片幫，需加強支護。

1.2 掘進巷道水文地質情況

1.2.1 下伏奧陶系灰巖含水層影響

該含水層為煤系基底。根據三維地震1煤層底板等高線圖、隔水層厚度等值線圖、奧灰含水層頂界面等值線圖、相關鉆孔資料以及奧灰含水層等水位線圖綜合分析，該巷掘進范圍煤層底板與灰巖間距8.5m～27m;據水文資料分析，該區域奧灰靜水位+690～+705m，計算得本區域煤層底板為突水系數0.0185～0.055 MPa/m，小于臨界突水系數0.06 MPa/m，無突水危險;另外通過1煤皮帶巷打鉆等情況綜合分析，本掘進區域該含水層補給性較差，涌水量較小，巷道掘進不受奧灰水威脅。

1.2.2 煤系砂巖裂隙含水層影響

該含水層厚度14.15～34.20m，單位涌水量0.000145～0.0739l/s*m，滲透系數0.00388～0.0717m/d。水質類型HCO3-Cl-Na型水，礦化度大于0.5g/l，富水性弱。根據1煤集中皮帶巷實際采掘過程中揭露，該含水層在掘進過程中會有少量頂板淋水進入工作面，隨時間增加會逐漸減小直到消失，對正常掘進無影響。

2 探測目的和任務

為保障西翼集中軌道巷安全掘進，對西翼集中軌道巷G5點前17.4m處，掘進前方100m范圍內煤巖層賦水情況進行全面探測。

3 瞬變電磁法簡介

3.1 方法原理簡介

瞬變電磁法簡稱TEM，利用不接地回線（線圈）向被測地質體發射脈沖式電場作為場源（一次場），以激勵被測地質體產生二次場，在發射脈沖的間隙利用接收回線（線圈）接收二次場隨時間變化的響應。從接收的二次場數據中分析出地質體異常導電體的位置，從而達到解決地質問題的目的。

3.2 儀器設備、型號、性能

本次探測使用YCS200礦用瞬變電磁儀，工作時發射電流為4.5A，頻率6.25Hz，發射線圈1.5m×1.5m×10匝，接收線圈20匝。發射線框和接收線框分別為匝數不等、且完全分離的兩個獨立線框，以便與含水異常體產生最佳耦合響應。

4 工作面數據采集

4.1 技術要求

①井下探測前對員工進行培訓和實際操作訓練，學習規范和探測設計，掌握探測技術要點，使員工做到心中有數;

②探測前完成儀器的測試，保證儀器的正常運行;

③探測成果必須保證精度，測點點位必須準確;

④瞬變電磁線圈按照一定的方式安置，并做到方向準確、固定牢固等;

⑤數據采集前背景電阻率調查;

⑥嚴格按照設計說明書所規定的觀測系統進行觀測，當測點周邊存在無法排除的障礙物時，可在不影響觀測效果的前提下對觀測系統進行適當調整并及時記錄，以便后續處理;

⑦在每個觀測點進行記錄前，排除可能存在的干擾;

⑧由于周邊環境、儀器故障等因素導致觀測數據受到干擾或出現異常，應及時查明原因，排除干擾，并對該測點進行重復觀測，確保觀測數據真實有效;

⑨觀測完畢后，操作員應對數據及時進行整理、檢查，并轉存到計算機中，確認無誤后進行備份;

⑩加強室內資料整理，對記錄認真分析，發現問題并查處問題原因。并做好觀測系統圖等基礎資料的檢查驗收，為資料處理提供完全準確的原始資料和圖件。

4.2 施工安全技術措施

用于探測的瞬變電磁儀，要具有煤礦安全標志，并具有國家指定部門頒發的儀器設備防爆證書，要經有關部門檢查合格后方可下井工作;到達工作現場時，首先進行安全確認，確定安全后方可進入;儀器在運輸和探測過程中要注意防震、防淋、防潮、防暴曬、防腐蝕;嚴禁在井下充電、拆卸檢修儀器。物探人員嚴禁站在皮帶或溜子上進行采集數據;物探人員嚴禁進入無風、空頂區域作業;作業期間嚴格遵守煤礦安全規程，確保人員安全，保證施工順利進行。

4.3 數據采集情況

4.3.1 觀測系統設置

為探清西翼集中軌道巷G5點前17.4m處掘進前方100m區域范圍賦水性情況，本次采用瞬變電磁法進行勘探，有利于最終解釋成果的穩定。

本次探測確定西翼集中軌道巷G5點前17.4m處布置測點，測點布置如圖1所示，共對迎頭11個方位進行探測，每個方位根據法相傾角不同分為2個方向。控制探測長度為100m。

4.3.2 現場采集工作量統計

本次探測由左幫開始至右幫探測范圍為0°-180°，共11個方位。每個方位根據法相傾角不同，分為順層0°方向，底板30°方向。共計22個物理點。

4.3.3 探測試驗情況

探測前，對現場背景電阻率進行了測試，測試試驗顯示背景電阻率對探測結果影響較小。

5 工作完成情況及質量評價

5.1 井下工作量完成情況

本次探測，共計完成瞬變電磁測點22個物理點，達到設計要求。

5.2 井下探測施工質量評價

瞬變電磁法屬于電磁法類，易受金屬及水體等干擾因素的影響。探測過程中，由于現場某些測點存在金屬鐵器，因此對采集信號有一定的影響，在數據處理的過程中，應考慮干擾因素對其影響。

6 數據處理及解釋

6.1 數據處理分析

①本次瞬變電磁數據采集采用1.5m×1.5m線框，疊加次數30，發射頻率為6.25Hz;

②測點坐標主要是指瞬變電磁測點坐標（X，Y，Z），根據現場情況，所采集的瞬變電磁數據使用YCS200數據處理系統進行拼接。處理時，選擇合適的坐標點作為工作面瞬變電磁探測坐標原點;

③對明顯異常數據進行曲線校正，使之符合瞬態電場規律;

④設置并修改道參后，查看觀測系統是否與現場布置一致;

⑤經過上述處理后進入視電阻率計算模塊。在計算完視電阻率后進行成圖;

⑥為了更好區別視電阻率高低，使用不同顏色表示視電阻率值大小，其中冷色調表示視電阻率為低阻區，暖色調為視電阻率相對高阻區。

6.2 探測成果解釋

根據施工設計，完成瞬變電磁法施工。經過室內數據處理，得出各個探測斷面的視電阻率剖面圖。

依次用藍色、綠色、黃色、紅色表示低阻到高阻的變化趨勢;藍色表示低阻，賦水性可能性較大，到紅色時表示高阻，巖層含水性較弱;受電位自然衰減，距離探測點較遠的位置會出現不同程度的低阻所示。

7 結論

通過對掘進巷道超前三個探測方向探查，均未出現明顯低阻異常區，為巷道掘進提供安全有效距離的保障。同時加強巷道掘進期間水文地質觀測記錄，及時整理水文地質臺賬，為后期評價奧灰巖賦水性提供基礎數據，進一步提高對灰巖賦水性探測的可靠度，保證礦井巷道的安全掘進工作.