任予鑫康向南馬 昆杜 昭

（1.中國礦業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院；2.國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司棗泉煤礦）

隨著煤礦開采工作面不斷延伸，地質(zhì)信息對開采工作的安全性越來越重要。而煤礦水災(zāi)害一直威脅著煤礦井下生產(chǎn)作業(yè)的安全。對于工作面內(nèi)的局部小構(gòu)造、含水裂隙等，現(xiàn)有的傳統(tǒng)地質(zhì)物探方法無能為力。因此，需要探索更適合于礦井特殊條件和工作環(huán)境的物探方法。

瞬變電磁法是目前開展井下物探的重要手段之一，它是利用井下各種巖石的電性差異來對特殊地質(zhì)體進(jìn)行勘察的一種物探方法。礦井瞬變電磁法能準(zhǔn)確感知地下介質(zhì)電阻率變化，具有受地形影響小、通過低阻層能力強、探測深度大的優(yōu)勢。目前，該方法已廣泛應(yīng)用于煤層陷落柱、斷層和裂縫等的探查中，為礦井開拓和開采工作提供詳細(xì)的地質(zhì)資料，為煤礦安全生產(chǎn)提供依據(jù)。本項目采用礦井瞬變電磁法探測棗泉煤礦130203 工作面回風(fēng)巷局部淋水區(qū)頂板賦水性情況。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

棗泉煤礦130203 工作面所在區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單，根據(jù)130203工作面回風(fēng)巷、皮帶巷及切眼施工過程中所揭露的實際地質(zhì)情況，判斷此區(qū)域內(nèi)無斷層、巖漿巖體、陷落柱等的存在。

1.2 水文地質(zhì)

影響130203 工作面開采期間的主要含水層為直羅組裂隙孔隙層間承壓水（Ⅲ含水層）和1～8層煤之間砂巖裂隙孔隙層間承壓水（Ⅳ含水層），Ⅳ含水層滲透系數(shù)為0.016 7 m/d。其上階段工作面采空區(qū)涌水量為30 m3/h，預(yù)計最大涌水量為80 m3/h，正常涌水量為60 m3/h。

2 礦井瞬變電磁法

礦井瞬變電磁法是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的時間域人工源電磁探測方法，是在地面瞬變電磁法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來［1-3］。

瞬變電磁場在大地中主要以擴散形式傳播，高頻部分主要集中在地表附近；低頻部分傳播到深處，且分布范圍逐漸擴大。煤層相對于其他巖性地層來說對電磁波的吸收較弱，具有較小阻力特性，電磁波相對容易通過；因此，接收到的信號能夠反映整個空間圍巖的電特性。

瞬變電磁法在井下的探測深度主要受環(huán)境影響［4-5］，探測有效距離一般為120 m，具有以下特點。

（1）受井下巷道特殊施工條件影響，礦井瞬變電磁法采用多匝小回線組合裝置，從而增大發(fā)射磁矩、提高二次場信號強度，以滿足勘探需要。

（2）由于采用小規(guī)?；鼐€裝置，為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，測點布置較一般情況更密集。

（3）井下測量信號強度和參數(shù)設(shè)置是地面的10～100 倍，所以井下的干擾信號相對于有用信號近似等于零。

（4）井下瞬變電磁法可以將線圈放置于巷道底板，也可以將線圈靠近巷道壁垂直或水平布置。

3 現(xiàn)場探測儀及探測布置

3.1 礦用瞬變電磁儀

本次試驗測試采用礦用本安型瞬變電磁儀，由YCS360A 型礦用瞬變電磁儀、配套線圈組成。探測儀參數(shù)見表1。

瞬變電磁儀工作信號測量采用FPGA 發(fā)射—采集系統(tǒng)的核心處理器，其特點是運行速度快、邏輯控制強，適于多通道高速并行采集與數(shù)據(jù)處理。

3.2 現(xiàn)場探測布置

本次試驗在130203 工作面回風(fēng)巷施工，探測起點位于B12 向收作線方向148 m（B12 點位于130203回風(fēng)巷520 m 處），采用皮尺測量，每10 m 布置1 個點，共布置22個測點，編號依次為1#～22#，每個測點采集5 個方向的數(shù)據(jù)（圖1）。本次探測共采集110 組數(shù)據(jù)。現(xiàn)場觀測系統(tǒng)平面布置見圖2。

4 探測數(shù)據(jù)處理與分析

4.1 瞬變電磁儀數(shù)據(jù)處理

礦井瞬變電磁數(shù)據(jù)處理選擇MTEM 系統(tǒng)配套數(shù)據(jù)處理軟件。處理過程：數(shù)據(jù)室內(nèi)回放→數(shù)據(jù)的預(yù)處理（轉(zhuǎn)化、拆分）→曲線剖面分析→濾波處理→視電阻率計算→維正反演→ρ—h剖面繪制。處理流程見圖3。視電阻率計算與深度轉(zhuǎn)換結(jié)束后，新建等值線文檔，進(jìn)行等值線作圖。

4.2 瞬變電磁儀數(shù)據(jù)分析

瞬變電磁法從電性角度對不同地層進(jìn)行區(qū)別。煤層、砂巖、黏土巖電阻率由高到低；煤系地層沉積序列清晰，電導(dǎo)率在縱向上變化較為固定，橫向上較為均一。

4.2.1 面外30°探測方向電阻率成果分析

面外30°探測方向視電阻率分布見圖4。通過圖形對2處相對低阻異常區(qū)進(jìn)行比對，第一處相對位置距B12 測點較遠(yuǎn)，在測點向收作線65～96 m、面外0～100 m、頂板上方0～60 m 處；第二處位于B12 測點附近，在面外50～90 m、頂板上方30～54 m 處，視電阻率小于14 Ω·m，結(jié)合水文地質(zhì)條件，分析為含砂巖巖層裂隙水。

4.2.2 面外45°探測方向電阻率成果分析

面外45°探測方向視電阻率分布見圖5，可以看出相對低阻異常區(qū)有3處，第一處位于測點向收作線50～80 m、面外20 m，頂板23 m處，視電阻率小于14 Ω·m；另外2 處視電阻率都小于14 Ω·m?？梢缘贸?，面外45°探測方向的3 個低阻異常區(qū)為含砂巖巖層裂隙水。

4.2.3 面外60°探測方向電阻率成果分析

面外60°探測方向視電阻率分布見圖6，存在2處低阻異常區(qū)，第一處位于測點向收作線20～85 m、面外15 m、頂板向上25 m 處，視電阻率小于14 Ω·m；第二處在測點向收作線14 m、面外23～62 m、頂板上方30～100 m 處，同樣該區(qū)視電阻率小于14 Ω·m，可以判斷2個低阻異常區(qū)均是含砂巖巖層裂隙水。

4.2.4 頂板正上方探測方向電阻率成果分析

頂板正上方探測方向視電阻率分布見圖7，存在2處低阻異常區(qū)，第一處在B12測點向收作線60～88 m、頂板上方120 m 處，該區(qū)視電阻率小于14 Ω·m；第二處位于測點向收作線28～48 m、頂板上方30～100 m，視電阻率都小于14 Ω·m，可以判定頂板正上方探測方向的2個低阻異常區(qū)均是含砂巖巖層裂隙水。

4.2.5 面內(nèi)60°探測方向電阻率成果分析

面內(nèi)60°探測方向視電阻率分布見圖8，存在1處低阻異常區(qū)，視電阻率小于14 Ω·m，判斷是巖層含砂巖裂隙水。

4.3 不同水平視電阻率成果分析

為了探查工作面頂板低阻異常區(qū)的平面分布形態(tài)以及潛在的含水通道，切出了頂板上20，40，60，80及100 m 深度處水平視電阻率切片圖，見圖9～圖13?？梢钥闯?，巷道頂板上方主要存在2處相對低阻區(qū)，分別編號為DZ1、DZ2，通過對比不同深度的視電阻率切片，可以判斷2處低阻區(qū)的實際情況，結(jié)果見表2。

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5 結(jié) 語

（1）根據(jù)瞬變電磁法探測結(jié)果，結(jié)合礦井地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，對比分析以往探測經(jīng)驗，對探測區(qū)域含水、導(dǎo)水構(gòu)造的分布及連通性探測成果進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)130203工作面回風(fēng)巷相對低阻異常區(qū)有2處，第一處DZ1 區(qū)主要受頂板上方20，60 m 粗砂巖層位砂巖裂隙水影響，DZ2 區(qū)主要受頂板上方60 m 粗砂巖層位砂巖裂隙水影響。

（2）通過實踐證明，瞬變電磁法超前探測在礦井探測水方面效果顯著，為巷道提供了詳細(xì)的地質(zhì)資料。