瞬變電磁法在煤礦掘進(jìn)工作面水害探測(cè)中的應(yīng)用

范育典

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100000）

神東煤田位于山西、陜西、內(nèi)蒙古三省區(qū)交界處，煤田總面積達(dá)到3.12 萬(wàn)km，神東煤田基地也是我國(guó)13 個(gè)特大型煤炭能源基地之一。本文選擇神東煤田山西組的8#煤層作為研究對(duì)象。煤田關(guān)鍵含水層為奧陶系地層，富水性差異較大，表明灰?guī)r含水層裂隙巖溶發(fā)育極不均衡，該區(qū)域以?shī)W灰含水層居多。

1 瞬變電磁法超前探測(cè)數(shù)值模擬

1.1 地電模型設(shè)計(jì)

下面從神東煤田的水文地質(zhì)條件出發(fā)，結(jié)合三面電阻率曲線，確定各層的電阻率，并進(jìn)行地質(zhì)分層，為以后的正演仿真工作奠定基礎(chǔ)。本研究對(duì)8#煤層地質(zhì)特征進(jìn)行綜合分析和優(yōu)化，基本確定6 層地質(zhì)模型。正演仿真時(shí)選用長(zhǎng)方形，以便更接近巷道腔體，橫截面尺寸設(shè)計(jì)為4 m×4 m。正演仿真模型地層參數(shù)如表1 所示。

表1 正演仿真模型地層參數(shù)

1.2 三維數(shù)值模擬

1.2.1 巷道腔體的數(shù)值模擬

煤礦電磁探測(cè)的關(guān)鍵是明確巷道影響和空間場(chǎng)效應(yīng)。與“純”全空間瞬變電磁場(chǎng)相比，煤礦瞬變電磁場(chǎng)的分布范圍與全空間場(chǎng)效應(yīng)、巷道內(nèi)非導(dǎo)電氣體的綜合作用有極大差異。因此，對(duì)巷道的影響開展具體分析，可以為數(shù)據(jù)資料的處理與詮釋提供依據(jù)。巷道腔體的設(shè)計(jì)尺寸與橫截面相同，圍巖的設(shè)計(jì)電阻值有3 個(gè)，依次為1 Ω·m、10 Ω·m 和100 Ω·m，據(jù)此可求出模型中心處的垂直感應(yīng)電壓。通過(guò)比較均勻全空間模型的衰減曲線得出，巷道腔體的尺寸對(duì)瞬變電磁探測(cè)的影響較小，后期瞬變電磁探測(cè)的衰減曲線基本相同，前期僅有少許差異，表明瞬變電磁探測(cè)存在早期缺陷，純巷道腔體的響應(yīng)極其薄弱。……