李強++董蘇蘇++王傳盈

摘 要：中稅煤礦在9煤掘進過程中受頂、底板砂巖水影響，因此對生產(chǎn)影響極大，給礦井帶來巨大經(jīng)濟損失。本文闡述了瞬變電磁技術在該礦9煤聯(lián)絡巷掘進工作面中的應用與研究，對今后運用此技術在超前探測巷道前方富水性有著重要的作用。

關鍵詞：瞬變電磁；掘進工作面；電磁

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.162

內(nèi)蒙古鄂爾多斯煤炭有限責任公司中稅煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市鄂托克旗境內(nèi)，行政區(qū)劃隸屬于鄂托克旗阿爾巴斯蘇木。井田為一不規(guī)則的形狀，東西最長5.04km，南北最寬2.66km，面積約7.1028km2。井田內(nèi)主要可采煤層為9號煤、16號煤，底板標高+700m～+1140m，埋深250m～670m。2006年開發(fā)投資建井，2009年開始試生產(chǎn)，2010年正式投產(chǎn)。礦井設計生產(chǎn)能力90萬t/a。開拓方式為礦井采用斜-立混合式開拓方式，主副井為斜井，風井為立井。采煤方法為綜采傾斜長壁后退式采煤方法回采，全部垮落管理頂板；掘進方式為綜合機械化掘進。通風方式為中央分區(qū)式，通風方法為抽出式。

1 9煤聯(lián)絡掘進工作面概況

9煤聯(lián)絡巷位于井田南部2采區(qū)，煤層為二疊系下統(tǒng)山西組9#煤層，平均厚度3.16m，局部含夾矸，為結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定的中厚煤層。頂板為深灰色粉砂巖，節(jié)理發(fā)育，強度較低，特別斷層處易冒落。底板為灰黑色砂質(zhì)泥巖，泥質(zhì)膠結(jié)，強度較低。巷道前方距F8斷層40m，F(xiàn)8斷層落差0～60m，傾角60～80?，為地面三維地震及井下瞬變電磁確定。

煤層平均厚度3.16m，局部含夾矸，為結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定的中厚煤層。老頂為灰白色粗砂巖，分選差，次圓～次棱角狀，含少量暗色礦物黃鐵礦結(jié)核，下部裂隙較發(fā)育，具劈理，泥質(zhì)膠結(jié)，強度較高。直接頂深灰色粉砂巖，節(jié)理發(fā)育，強度較低，特別斷層處易冒落。直接底灰黑色砂質(zhì)泥巖，泥質(zhì)膠結(jié)，強度較低。老底為灰黑色砂質(zhì)泥巖，破碎，具劈理、滑面，含炭屑，泥質(zhì)膠結(jié)，強度較低。

2 瞬變電磁基本原理

瞬變電磁法屬時間域電磁感應方法。其探測原理是：在發(fā)送回線上供一個電流脈沖方波，在方波后沿下降的瞬間，產(chǎn)生一個向回線法線方向傳播的一次磁場，在一次磁場的激勵下，地質(zhì)體將產(chǎn)生渦流，其大小取決于地質(zhì)體的導電程度，在一次場消失后，該渦流不會立即消失，它將有一個過渡（衰減）過程。

該過渡過程又產(chǎn)生一個衰減的二次磁場向四周傳播，由接收回線接收二次磁場，該二次磁場的變化將反映地質(zhì)體的電性分布情況。如按不同的延遲時間測量二次感生電動勢V（t），就得到了二次磁場隨時間衰減的特性曲線。如果沒有良導體存在時，將觀測到快速衰減的過渡過程；當存在良導體時，由于電源切斷的一瞬間，在導體內(nèi)部將產(chǎn)生渦流以維持一次場的切斷，所觀測到的過渡過程衰變速度將變慢，從而發(fā)現(xiàn)導體的存在。瞬變電磁場在大地中主要以“煙圈”擴散形式傳播。

在這一過程中，電磁能量直接在導電 介質(zhì)中傳播而消耗，由于趨膚效應，高頻部分主要集中在地表附近，且其分布范圍是源下面的局部，較低頻部分傳播到深處，且分布范圍逐漸擴大。

傳播深度：（1） 傳播速度： （2）

-為傳播時間，-為介質(zhì)電導率 -為真空中的磁導率。

根據(jù)理論分析，瞬變電磁探測深度與發(fā)送磁矩覆蓋層電阻率及最小可分辨電壓有關。

由（2）式得：

（3）

時間與表層電阻率，發(fā)送磁矩之間的關系為：

（4）

其中：M-為發(fā)送磁矩，-為表層電阻率，-為最小可分辨電壓，它的大小與目標層幾何參數(shù)和物理參數(shù)，還和觀測時間段有關。

聯(lián)立（3）（4）式，可得：

（5）

上式為實際探測時用來計算最大探測深度公式。

為采用地質(zhì)體本身物性參數(shù)—電阻率來直觀表達地質(zhì)體的導電性情況，本系統(tǒng)采用晚期公式計算視電阻率：

（6）

式中。

3 探測施工

9煤聯(lián)絡巷共布置觀測方向9個，每個觀測點分布沿頂?shù)装宸较虿杉?個方向數(shù)據(jù)，分別為頂板45°方向、頂板30°方向、頂板15°方向、巷道掘進正前方向、底板15°方向、底板30°方向、底板45°方向。

4 成果解釋

瞬變電磁結(jié)果解析本次瞬變電磁探測數(shù)據(jù)其處理主要流程為：文件轉(zhuǎn)換—數(shù)據(jù)分選—濾波顯示—視電阻率計算—深度反演—深度校正—斷面圖繪制—成圖。

1號異常區(qū)：圈定視電阻率異常區(qū)位于迎頭左前方24～100m的范圍內(nèi)，視電阻率值異常，視電阻率值<20Ω·m。

5 鉆探驗證效果

實際鉆探成果與物探結(jié)果結(jié)合如圖2所示：

從圖2可看出T1、T2鉆孔水量分別為5m3/h，5m3/h。與物探異常區(qū)一致。因此9煤聯(lián)絡巷瞬變電磁探測準確率較高。

6 瞬變電磁在掘進中的應用價值

由于鉆探方法成本高、耗時長，且鉆探結(jié)果為一孔之見，探查范圍極為有限；此外，施工鉆孔易成為隱伏含水體進入巷道的人為通道，從而引發(fā)次生事故，故僅采用鉆探手段難以滿足實際生產(chǎn)的需要。而瞬變電磁因成本低、快速、探查范圍大、距離遠等優(yōu)點，現(xiàn)已在井下探水中得到廣泛應用。根據(jù)9煤聯(lián)絡巷瞬變電磁探測中的實際應用，可以看出其準確率較高，因此在瞬變電磁在煤礦安全生產(chǎn)和社會經(jīng)濟利益提高，都具有重要的意義。

作者簡介：李強（1980-），山東肥城人，從事礦井水害防治工作。endprint