瞬變電磁勘探在迎頭超前探測中的應用

◎王則行 梁樹民

一、地質概況與任務

1.地質概況。

（1）工作面概況。

地表位置：

工作面地表位于曉南礦工業廣場西北部；采動影響范圍內有一條季節性河流、一條高壓線（隆南1#60KV）、三條通訊線路、三個積水區（Ⅱ區水量約為：48萬m3，Ⅴ區積水量約為：21萬 m3，VI區水量約為：22萬m3）。及景荒地新址和劉景荒地村部分住宅，其余為平坦耕地。地表標高為60.57～68.00m。

井下位置：

工作面位于北一采區西部。南以北一15層中巷保護煤柱為界與南翼采區相鄰；北部與北二采區相鄰；東部為北一1503工作面尚未開拓）；西以F2斷層為界與大興井田相鄰。工作面運順長1216m，回順長1212m，開切眼長210m。面積230551㎡。

工作面坐標：X：4694396～

Y：41549490～

Z：-569～-605m。

（2）水文地質情況。

工作面頂板的砂礫巖層為阜新組承壓含水層，富水性弱，采用鄰近632號孔抽水資料：K=0.000179m/d，q=0.00536L/m。s。該區域頂板裂隙發育，鄰近工作面掘進過程中有滴、淋水和瓦斯涌出現象。工作面上部為N1-1401采空區（形成時間為：2015年11月～2016年08月）和七層采空區（形成時間為：1997年02月～2003年07月）。截止2018年7月預計積水量約為32960m3。

2.探測任務。

本次采用井下瞬變電磁法來探測N1-1502回順工作面前進方向頂板及上部N1-1401采空區富水情況。主要探測任務為：

（一）查明勘探范圍內N1-1502工作面周邊區域巖層的富水性。

（二）初步判斷N1-1401采空區積水線位置。

二、瞬變電磁法簡介

瞬變電磁法或稱時間域電磁法（Timedomainelectromagneticmethods），簡稱TEM，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。其基本工作方法是：于地面或井下設置通以一定波形電流的發射線圈，從而在其周圍空間產生一次磁場，并在地下導電巖礦體中產生感應電流。斷電后，感應電流由于熱損耗而隨時間衰減。衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度小；而晚期成分則相當于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規律，可得到不同深度的地電特征。

三、現場施工布置及探測條件

1.現場施工布置。

井下探測工作步驟：前期資料收集——明確探測任務——方案設計——施工——數據處理——成果圖初步分析——結合礦井地質及水文地質資料進行綜合評價——提供應用報告。

根據勘探目的及任務，并結合現場環境及地質資料，井下瞬變電磁探測施工共布置3條測線，探測距離為110m，下次探測位置據本次探測位置90m，安全距離留20m，以此循環，直至工作面掘進結束。預計N1-1502工作面掘進期間共探測19處。

2.現場探測條件。

探測地點在曉南礦N1-1502回順工作面中進行，探測條件如下：

（1）供電情況：施工地點存在多組供電電纜，無法停電，對探測深度及分辨率造成影響。

（2）支護情況：錨桿網支護，造成背景場不同，并對結果分辨率造成影響。

（3）巷道底板有鐵器堆放，造成對應位置前部存在干擾假異常。

（4）探測方向后部鋪設的排水管路均會造成對應位置前部存在干擾假異常。

（5）探測方向后方停留掘進機無法退出足夠距離，會造成對應位置前部存在干擾假異常。

四、數據處理與結果解釋

1.數據處理。

YCS512礦用本安型探水儀采集的原始數據為電壓對電流的對數值。將數據室內回放，原始數據打開后呈現兩部分曲線，縱坐標表示某個測點的實測V/I值，從上到下依次為 1~80道，0、E-1、……、E-6 分別表示值為 0、0.1、……、1000000，以對數方式顯示，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=**”表示該測點的實測V/I值。下半部分的曲線為選中曲線測道顯示，其中“x=**”表示上半部分x表示測點的測道顯示。

軟件處理主要流程為：數據上傳—格式轉換—數據濾波處理—計算晚期視電阻率—時深轉換—結果成圖。

2.處理結果。

經過YCS512礦用本安型探水儀配套軟件處理后形成的視電阻率等值線圖。通過對視電阻率低值區域的確定，從而確定出低阻異常區，圖中由深藍色→淺藍色→綠色→黃色→紅色過度，代表視電阻率值增大方向，一般將藍色、淺藍區域劃分為低阻異常區。本次處理得到各個視電阻率等值線剖面圖中將6？·m以內的區域（藍色、淺藍色區域）定義為低阻異常區。

五、建議

1.施工過程中現場條件無法規范化，可能出現干擾假異常。

2.掘進過程中如遇頂板滴淋水增大、煤壁潮濕等異常情況需施工超前探孔。

3.建議對本次物探結果進行鉆探驗證，結合物探與鉆探結果綜合分析，為巷道的安全掘進提供有效技術依據。

4.本報告中未盡事宜請遵照《煤礦安全規程》和《煤礦防治水細則》執行。