瞬變電磁探測對邢臺煤礦地質工作的意義分析

李超

（冀中能源股份有限公司 邢臺礦，河北 邢臺 054000）

0 引言

沿空留巷的工作面布置方法已經廣泛應用于我國煤礦，在邢臺礦、山西老母坡煤礦、山西榮泰煤業等均有良好的應用成果。該技術在很大程度上減少了掘進巷道的工程量、支護工作和工作面之間的煤柱損失，是一種無煤柱開采的形式。

在煤礦回采前，需要利用多種礦井物探方法對工作面進行采前立體超前探測，對工作面地質及水文地質情況進行探查。礦井物探方法填補了地面監測與評價精度難以保證、井下鉆探監測危險性大的不足。瞬變電磁法具有定向性好、對水敏感、控制范圍大、施工效率高等技術特點，對煤礦水文地質情況能夠及時、準確的進行探測。通過不同時期瞬變電磁井下探測資料對比分析，在回采前、回采后工作面的不同探測結果，分析回采后工作面對于沿空留巷工作面水文地質的影響程度，為煤礦的安全回采提供良好的技術準備。

本文依托沿空留巷布置的25307 及25305 工作面，利用瞬變電磁探測方法的技術優勢，分析其成果并進行施工布置，解析其對煤礦水文地質工作的意義。

1 瞬變電磁工作原理及解析方法

瞬變電磁法也稱時間域電磁法（Time domain electromagnetic methods），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磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。簡單地說，瞬變電磁法的基本原理就是電磁感應定律。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。

瞬變電磁法在提高探測深度和在高阻地區尋找低阻地質體方面，是最靈敏的方法，具有自動消除主要噪聲源，且無地形影響，同點組合觀測，與探測目標有最佳耦合，異常響應強，形態簡單，分辨能力強等優點。其探測含水地質如巖溶洞穴與通道、煤礦采空區、深部不規則水體等有較大優勢。

2 現場施工

2.1 主要任務

運用井下瞬變電磁技術探測，采用沿空留巷方式布置25307 及25305 工作面內部及外幫60 m 水平范圍內、底板下80 m 以淺垂向范圍內含水異常體的分布情況。

2.2 地質及水文地質概況

邢臺礦25307 和25305 工作面均為5 號煤綜采工作面，工作面緊鄰25305 工作面布置，采用沿空留巷方式并共用1 條運輸巷，煤層埋深標高在-380—-500 m，煤層平均傾角10°。采掘工程平面示意如圖1 所示。

圖1 25305、25307 工作面采掘工程平面示意Fig.1 No.25305,25307 faces mining engineering plane

兩工作面位于25300 采區中部左翼，該地區5號煤上距底礫266.23 ～313 m，上距2 號煤49.18 ～62.09 m，上距野青灰巖含水層18.5 ～20.99 m，下距伏青灰巖含水層25.87 ～32.3 m，下距大青灰巖含水層71.24 ～80.05 m，下距本溪灰巖含水層112.4 m，下距奧灰含水層125.9 m。該地區大青灰巖含水層富水性弱，水力聯系差，并且裂隙不發育。但該地區奧灰含水層的單位涌水量為0.693 ～6.015 L/m·s，富水性很好。

2.3 瞬變電磁設計施工

瞬變電磁工作為河北煤炭科學研究院施工，采用加拿大GEONICS 公司的PROTEM CM 瞬變電磁儀。

瞬變電磁角度的設計是在考慮工作面底板下不同深度層位數據密度的情況下，同時滿足《煤礦防治水細則》等規定的要求并便于現場施工。

儀器參數為：接收框、發射框間距10 m；發射頻率25 Hz；發射框尺寸1 m×1 m，接收線框為1D 線框；積分時間15 s；數據采集采用30 門。

瞬變電磁的探測位置主要布設在25307 運料巷、25305 運輸巷（沿空留巷） 和25305 運料巷。重點在25305 運輸巷（沿空留巷） 位置。設計角度如下，測點間距10 m，如圖2 所示。

25307 運料巷：探測角度為外幫-30°、-60°、-80°，水平0，里幫-30°、-50°、-70°，共7 個角度。

25305 運輸巷（沿空留巷）：探測角度為右幫-70°、-40°、-15°、+10°， 左 幫-80°、-60°、-35°、-10°，共8 個角度。

25307 運料巷：探測角度為外幫-30°、-60°、-80°，水平0，里幫-30°、-50°、-70°，共7 個角度（圖2）。

圖2 瞬變電磁探測角度設計示意Fig.2 Transient electromagnetic detection angle design

2.4 現場工作環境記錄

25305 運輸巷（沿空留巷）：金屬錨網支護，巷中道軌。里幫皮帶、3 趟鐵管距底板約1 m；外幫4 細3 粗電纜距底板約2 m。靠近切眼處有較多金屬物堆積。

25307 運料巷：金屬錨網支護，巷中道軌。里幫皮帶、3 趟鐵管距底板約1 m；外幫5 細4 粗電纜距底板約2.5 m。

25305 運料巷：金屬錨網支護，巷中道軌，外幫7 細3 粗電纜距底板約2 m；里幫幫皮帶、3 趟鐵管距底板約1 m。

隨著煤礦現代化進程的推進，煤礦井下巷道內影響瞬變電磁施工質量的因素亦隨之增多。金屬錨網、工字鋼、皮帶、掘進機、電力網絡和電器設備等均對數據質量產生不同程度的影響。在滿足相關規定的基礎上，煤礦盡可能的為瞬變電磁的施工提供了良好的環境條件，保證數據質量。

3 探測成果

2 個工作面的瞬變電磁在最終成果上均沒有圈定明顯的相對低阻異常區，解釋距離為150 m，盲區20 m。

沿空留巷位置的瞬變電磁成果如圖3 所示。

圖3 25305 運輸巷（沿空留巷） 瞬變電磁成果Fig.3 Transient electromagnetic results map of transport roadway(gob-side entry retaining)in No.25305 Face

依據瞬變電磁探測成果，初步可以確定25305和25307 工作面均不存在較為明顯的相對低阻異常區，具體分析仍要結合25307 運料巷和25305 運料巷的瞬變電磁成果。

4 結 論

（1） 沿空留巷的布設方式不僅可以減少礦方施工巷道的的工作量，同樣對于瞬變電磁的工程施工有很大的便利性。

（2） 瞬變電磁在沿空留巷位置布設探測角度時，需要依據工作面的實際情況分別向2 個工作面設計不同的探測角度，以滿足探測要求。

（3） 既然沿空留巷的瞬變電磁施工一次即對2 個共工作面完成探測，其施工的時間宜在2 個工作面均成型后。因為如果下一工作面的形成時間相較于本工作面過長，或是等到本工作面采掘接近完成后再施工，那么其探測結果在分析下一工作面時就會存在爭議，甚至誤導。

（4） 此次瞬變電磁探測沒有圈定水文地質異常區，排除了對工作面生產存在威脅的含水區域。