扇形探測技術在礦井瞬變電磁物探工作中的應用

王培森

（山西高平科興云泉煤業有限公司， 山西 高平 048400）

煤礦智能化的發展離不開對工作面內地質災害情況的預知預判。如果無法準確查明。如果在井下回采或巷道掘進過程中遇到斷層、陷落柱裂隙等構造帶時，會導通含水層。這些煤礦富水異常區域則會導致局部突水，甚至是大面積突水容易造成局部突水或大面積突水。因此，如何有效地提高超前預報工作面頂底板含水區域的準確性是煤礦地測防治水安全工作的重點，也是防治突水水害的先決條件。

礦井瞬變電磁勘探法是煤礦廣泛采用的一種物探方法，可以對回采工作面內部及掘進工作面前方的水文地質情況進行超前探測，具有占用空間小、探測距離長、準確率高、施工流程簡單的優點。本文從電磁物探測的施工布置、測量方式以及角度處罰，對扇形探測技術進行了研究。

1 礦井瞬變電磁法超前探測技術

礦井瞬變電磁法，英文簡稱為MTEM，是一種在地下數百米深度巷道進行的無需直接接觸的探測技術。該方法需在巷道迎頭放置面積為S的發射天線，利用不接地回線向天線附近的巷道圍巖發射一次電流磁場。由于介質的歐姆損耗，該次的感應電流將快速減弱，由它所產生出的磁場也隨之衰減。通過這種不間斷的磁場發射來實現對各種地質體的探查的目的。而瞬變電磁效應可看作為同時向外擴散的漸大電流環，形成“雙煙圈效應”。

礦井瞬變電磁法受礦井巷道空間范圍的影響較大，由于井下巷道普遍較為狹小，通常采用邊長為1.5～2.5 m 的多匝小回線進行探測。

2 瞬變電磁物探的應用

2.1 瞬變電磁物探目的及探場布置

云泉煤業目前開采9 號煤，物探采用YCS1024礦用本安型瞬變電磁儀嚴格按照“物探先行、鉆探驗證、化探跟進”的綜合探測手段對9109 運輸順槽工作面進行物探。本次物探主要探測巷道掘進頭前方（或全側方）100 m 范圍內的斷層、陷落柱、含水裂隙等局部異常地質體的位置及賦水性強弱。目的在于減少鉆探工作量，提高巷道掘進效率，避免發生透水事故，確保巷道掘進安全。

為對異常區進行有效補充驗證，物探探場布置見圖1，巷道每掘進70 m 進行一次瞬變電磁物探。

圖1 9109 運輸順槽物探探場布置示意圖

2.2 物探施工方法及結果

有關本次瞬變電磁法勘探儀器采用的是中煤科工集團重慶研究院有限公司研發的YCS1024 礦用本安型瞬變電磁儀，探測裝置形式采用多匝重疊回線裝置，采樣周期為25 Hz，疊加次數采取高疊加的64 次，發射線框采用多匝1.5 m×1.5 m 矩形回線，發射匝數10、接收匝數20。由于巷道迎頭空間有限，傳統的礦井瞬變電磁法的發射和接收線圈幾乎尺寸將受到限制。故將采用扇形探測技術，即在多角度采集數據，測點布置見下頁圖2。測線沿掘進方向探測分水平和垂直兩個方向掃描，水平方向掃描左右各50°范圍，每10°一個測點，共11 個測點，垂直方向相似，掃描上下各50°范圍，每10°一個測點，共11 個測點。

圖2 測點布置示意圖

3 超前探鉆孔布置

3.1 9109 運輸順槽超前探鉆孔布置

掘進工作面探放水采用ZDY-1200S 全液壓坑道鉆機，鉆機可探深度為150 m。9109 運輸順槽鉆孔設計布置說明：該工作面開口位于9 號膠帶大巷1 851 m 處向南開口，向南25.5 m 處為軌道大巷，在掘進膠帶大巷時，按照要求進行了探放水工作，故本次對膠帶大巷與軌道大巷之間的聯絡巷不進行探放水設計，該設計起點為軌道大巷開口處，如圖3 與表1。

圖3 物探鉆孔設計平面圖

表1 9109 運輸順槽超前探鉆孔表

3.2 9109 運輸順槽專用回風巷鉆孔

探放水鉆孔嚴格遵循單孔原則和《煤礦防治水細則》中的有關探放水鉆孔規定，本掘進巷道北部為已掘巷道（9 號軌道大巷），間距20 m，在掘進過程中未發現涌水現象，故北部不做鉆孔設計；其鉆孔設計分別見表2。

表2 9109 運輸順槽專用回風巷鉆孔表

需要注意的是，探放水鉆孔嚴格遵循單孔原則和《煤礦防治水細則》中的有關探放水鉆孔規定，因地質條件變化，鉆孔深度大于或者小于設計要求時，按照終孔幫距不得小于20 m 的規定對探放水方位角及傾角進行調整，如遇地質構造特殊地段時，可進行短掘短探，制定專項方案。如遇物探異常區，根據各掘進工作面所處區域實際情況，結合地面物探異常區劃定的積水范圍，掘進至各異常區探水線時，在原有3 個鉆孔基礎上增加一個中眼孔，對物探異常區進行鉆探；另附異常區鉆探專項設計及圖紙。

3.3 物探結果分析

9109 工作面形成后，對出水點位置煤層頂板巖層的富水性進行了布孔驗證分析，驗證孔結果顯示與瞬變電磁物探的結果吻合度較高，說明瞬變電磁扇形探測技術對采掘工作面水文地質的探測是較為有效、準確的技術。

4 結語

1）礦井瞬變電磁法對礦井地質構造、富水條件的探測是可行的，可以準確地定位工作面頂底板的含水裂隙帶，并對發育情況進行探測。

2）扇形探測技術對空間有限的巷道有良好的適用性，可以直觀地顯示工作面頂板或底板電性分布，從而判斷富水異常區的空間位置和發育特征等信息，為工作面在將來的回采提供有效的水害防治工作。

3）在對瞬變電磁探測技術進行驗證時，需要結合現有的礦井水文地質資料和驗證鉆孔。