來(lái)增武

（義馬豫西地質(zhì)工程有限公司，河南 義馬 472300）

在煤礦生產(chǎn)和建設(shè)中，采空區(qū)積水為礦井水災(zāi)事故的主要原因。采空區(qū)積水特點(diǎn)是：水壓大，一旦掘透，來(lái)勢(shì)兇猛，具有很大破壞性，對(duì)鋼絲繩等金屬設(shè)備有腐蝕作用[1]。因此針對(duì)采空區(qū)的勘探研究具有重要的意義。本文通過(guò)瞬變電磁方法對(duì)掘進(jìn)巷道前方存在的采空區(qū)積水情況進(jìn)行探查，查清采空區(qū)的積水位置和范圍，通過(guò)實(shí)踐證明瞬變電磁法在探測(cè)采空區(qū)積水位置和范圍上能夠達(dá)到良好的探測(cè)效果[2]。

1 瞬變電磁法

瞬變電磁法英文全稱(chēng)是Transient Electromagnetic Method，即TEM，主要運(yùn)用在地質(zhì)問(wèn)題的時(shí)間域的解決過(guò)程中，在使用過(guò)程中可以借助于電極或者不接地回線將脈沖式一次電磁場(chǎng)向地下的方向發(fā)送[3-4]。目前瞬變電磁法的運(yùn)用具有顯著的使用優(yōu)勢(shì)，能夠達(dá)到比較高的工作效率，裝置上也比較輕便，在多種地形條件下均可使用。

2 探測(cè)依據(jù)

K電阻率的分布情況與實(shí)際地形的分布情況之間具有一定的聯(lián)系，在比較完整的地層中，由于地形結(jié)構(gòu)中沒(méi)有地質(zhì)構(gòu)造帶以及采空區(qū)時(shí)，K電阻率呈現(xiàn)比較平滑的表現(xiàn)特征。而在地下水蓄積的地區(qū)，K電阻率的分布具有明顯的相對(duì)低阻特征，這主要是由于電離作用與水的流動(dòng)性的影響，在采空塌陷區(qū)與采空區(qū)中，采空區(qū)積水時(shí)電阻率與圍巖相比較低，在K電阻率的反映上呈現(xiàn)出低阻反應(yīng)的特征，因此可以結(jié)合瞬變電磁低阻異常區(qū)來(lái)確定采空區(qū)積水的分布位置和范圍。

3 工程實(shí)例

（1）工作面位置。某礦25010工作面位于25區(qū)北翼，工作面上臨21070工作面采空區(qū)，下臨25030工作面采空區(qū)，南部為25大巷。工作面標(biāo)高+224m～+282m，地面位于馬頭山東部，地形為山脊坡地，地面等高線變化大，陡坎較多。地面標(biāo)高為+750～+800，工作面掘進(jìn)對(duì)地面無(wú)影響。

（2）水文地質(zhì)概況。砂巖裂隙含水層屬孔隙裂隙承壓水，是二1煤層頂板直接充水含水層，此含水層含水性弱，透水性差，且極不均一。太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層是二1煤層底板直接充水含水層，巖溶裂隙不發(fā)育，含富水性較弱而不均一，以靜儲(chǔ)量為主。奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層上距為二1煤層底板間接充水含水層，補(bǔ)給徑流條件好，導(dǎo)水性，富水性強(qiáng)弱不均。25010工作面上巷穿過(guò)21070采空區(qū)，由于21070采空區(qū)積水未進(jìn)行探放作業(yè)，且21070工作面下巷密閉口處一直有8m3/h的水量，初始預(yù)計(jì)僅局部低洼巷道內(nèi)有積水，因此25010工作面上巷掘進(jìn)期間對(duì)上部21070工作面局部積水的探放是防治水工作的重點(diǎn)之一。

（3）施工方法。本次超前探測(cè)采用加拿大GEONICS公司生產(chǎn)的TEM-47（增強(qiáng)型）瞬變電磁儀，采用偶極方式布線，基本頻率25HZ，關(guān)斷時(shí)間100us，發(fā)射線圈為1mx1m的112匝方形線框。

（4）施工位置。共計(jì)進(jìn)行瞬變電磁超前探測(cè)2次。第一次施工位置位于開(kāi)口位置。第二次施工位置位于羅3點(diǎn)向里10m。

（5）結(jié)果分析。由于21070工作面位于掘進(jìn)巷道上部，為了查明采空區(qū)積水的位置，實(shí)際探測(cè)時(shí)，布置15°仰探線、30°仰探線2條測(cè)線，每條測(cè)線由左30°～右40°，間隔10°一測(cè)，對(duì)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行電阻率與深度轉(zhuǎn)換，得到地下各深度地層的K電阻率信息，繪制K電阻率對(duì)數(shù)值擬斷面圖，依據(jù)地下電阻率對(duì)數(shù)的分布特征對(duì)異常進(jìn)行分析（見(jiàn)圖1、圖2）。

圖1 第1次瞬變電磁探測(cè)視電阻率對(duì)數(shù)值擬斷面圖

從圖1縱向上看，斷面圖垂向上由近至遠(yuǎn)基本為“高-低”的K型地電斷面特征。從橫向上看，K電阻率對(duì)數(shù)值由左向右逐漸變小的趨勢(shì)，因此得出探測(cè)前方50m以遠(yuǎn)，正前-右30°范圍為1低阻異常區(qū)，且采空區(qū)積水向右側(cè)積聚。

圖2 第2次瞬變電磁探測(cè)視電阻率對(duì)數(shù)值擬斷面圖

從圖2縱向上看，斷面圖垂向上由近至遠(yuǎn)基本為“低-高-低”的K型地電斷面特征。從橫向上看，K電阻率對(duì)數(shù)相對(duì)低阻值右側(cè)比左側(cè)更靠近掘進(jìn)正頭，因此得出探測(cè)前方50m以遠(yuǎn)，正前-右30°范圍為1低阻異常區(qū)，且采空區(qū)積水右側(cè)比左側(cè)更靠近正頭。

（6）驗(yàn)證情況。根據(jù)2次瞬變電磁探測(cè)結(jié)果，礦方設(shè)計(jì)6個(gè)探放水鉆孔，各孔施工情況如下。

表1 瞬變電探測(cè)結(jié)果

1# R7 24 36 35 33 0.2孔口有臭雞蛋氣味，為H2S氣體。2# R4 23 35.5 35 31 0.4 3# 0 22 35 35 32 0.4 4# R24 19 43 43 43 20 5# R25 18 47 46 45 15 6# R24 17.5 46 46 40 22

根據(jù)上表可知4#、5#、6#三個(gè)鉆孔實(shí)現(xiàn)了疏放水，疏放水量上萬(wàn)立方米，且積水位置偏右側(cè)，與2次瞬變電磁成果基本吻合，應(yīng)用效果良好。

4 結(jié)論

實(shí)踐表明，瞬變電磁法對(duì)采空區(qū)積水反映明顯，依據(jù)K電阻率對(duì)數(shù)值差異可分辨掘進(jìn)巷道前方采空區(qū)。依據(jù)電性標(biāo)志層特征變化圈定的采空區(qū)范圍與鉆孔驗(yàn)證結(jié)果一致，得到了與劃分的異常區(qū)基本一致的分析結(jié)果。在勘探與分析過(guò)程中通過(guò)對(duì)采空區(qū)勘察的分析能夠看到瞬變電磁法基本上屬于正確的檢測(cè)方法，在以后類(lèi)似探測(cè)中可以作為重要的參考依據(jù)，能夠有效檢測(cè)出采空區(qū)積水深度與范圍。