高冬冬

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉城煤炭事業(yè)部晉圣公司，山西 晉城 048000）

引言

我國(guó)煤炭有著十分復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，在開(kāi)采煤礦之前開(kāi)展相應(yīng)的探測(cè)工作對(duì)防治水工作有著十分重要的作用。本文研究采取瞬變電磁儀來(lái)進(jìn)行探測(cè)，并對(duì)巷道底板之內(nèi)100 m 進(jìn)行分析，判斷巖層之中存在的電性差別，并基于此來(lái)得出疑似富水異常區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)工作面的防治水工作，以避免回采階段出現(xiàn)底板水害，確?；夭晒ぷ鞯恼＿M(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)工作面的安全。

1 瞬變電磁技術(shù)原理

如圖1 所示，為地下全空間探測(cè)，當(dāng)發(fā)射線圈之中突然出現(xiàn)了電流斷開(kāi)的問(wèn)題，地下介質(zhì)內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)一種二次渦流場(chǎng)，以確保原有磁場(chǎng)的存在。該渦流場(chǎng)之中有多個(gè)層殼的環(huán)帶型，其極大值會(huì)依照相應(yīng)的方向來(lái)進(jìn)行傳播，當(dāng)其所處的階段不同，所形成的深度及范圍也各不相同。二次渦流場(chǎng)的表現(xiàn)與地下介質(zhì)之中所存在的電性有著十分密切的關(guān)系。與相同類型的巖層相對(duì)比，巖層過(guò)于完整之時(shí)，視電阻率的數(shù)值一般都較高，而所對(duì)應(yīng)的渦流場(chǎng)較弱；而巖層富水階段之中，視電阻數(shù)值通常較低，所對(duì)應(yīng)的渦流場(chǎng)相對(duì)較強(qiáng)。因此，通過(guò)認(rèn)真觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的變化情況，可以對(duì)地下介質(zhì)之中所存在的視電阻率值進(jìn)行充分的把握，從而對(duì)低阻異常地質(zhì)體進(jìn)行有效的探測(cè)[1]。

圖1 工作面概況圖

瞬變電磁法依據(jù)地質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或地下水的差別來(lái)對(duì)地質(zhì)及水文地質(zhì)進(jìn)行間接判斷，在礦床的水文地質(zhì)勘測(cè)之中有著廣泛的應(yīng)用，可以對(duì)充水水源、涌水通道等各類地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)探查。

在瞬變電磁法之中，偶極工作的分布具有極高的精確度，有助于巷道條件之下的作與取，因此，對(duì)于此工作面可以采取偶極工作的方式，其方式的布置，如圖2 所示。

圖2 工作面概況圖

2 研究區(qū)域概況

本研究所選擇的煤礦區(qū)域?yàn)?#煤層首次開(kāi)采的工作面，其長(zhǎng)度、寬度分別為1 759 m 和300 m，區(qū)域面積為52.77 m2，煤層保持9°的傾斜角度，里段之內(nèi)850 m 處的工作面是本研究所選擇的瞬變電磁探測(cè)區(qū)域。從整體上講，工作面的形狀表現(xiàn)為凹字形，南北兩側(cè)均處于高地位，東坡向斜之處的地勢(shì)相對(duì)較低，其海拔的最高值和最低值分別為1 154 m 和1 007 m，埋深大約為270 m。煤層的偽頂、直接頂、直接底分別為碳質(zhì)泥巖、厚層狀砂巖和灰黑色砂質(zhì)泥巖。探測(cè)區(qū)域的地質(zhì)條件十分復(fù)雜，該區(qū)域的開(kāi)采工作屬于帶壓性，其生產(chǎn)狀況有著極大的變化，發(fā)育狀況屬于中小型的斷層；東坡向斜則需要由探測(cè)區(qū)域之內(nèi)來(lái)進(jìn)行穿過(guò)，其影響范圍極大，軸部區(qū)域之內(nèi)常常存在較多的破碎地層，會(huì)將底板隔水層的功能造成削弱。工作面概況，如圖3 所示。

圖3 工作面概況圖

奧灰含水層與9#煤層之間相距90 m，這一煤層屬于間接性的充水層，不具有較強(qiáng)的富水性。探測(cè)區(qū)之中的奧灰水位及其底板承受的水壓分別為1 057 m和1.2 MPa。水文地質(zhì)柱狀圖，如圖4 所示。

圖4 測(cè)區(qū)水文柱狀圖

3 工程布置

分別在主運(yùn)順槽設(shè)立相應(yīng)的輔運(yùn)順槽，在切眼部位分別設(shè)計(jì)四條測(cè)線，即分別朝向工作面內(nèi)部的順煤層測(cè)線、30°俯探線、60°俯探線和底板垂探線；主、輔順運(yùn)漕的測(cè)線均為850 m，測(cè)點(diǎn)之間的距離為10 m，每一條測(cè)線上包含了85 個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中物理點(diǎn)共有340 個(gè)；切眼有300 m 的測(cè)線長(zhǎng)度，各個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的距離為10 m，每一條測(cè)線上包含了30 個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中共有120 個(gè)。詳見(jiàn)圖5 和圖6 所示。

圖5 瞬變電磁探測(cè)示意圖

圖6 瞬變電磁測(cè)點(diǎn)布置示意圖

4 成果分析

4.1 資料解譯

瞬變電磁勘探的資料處理及解釋是需要同步進(jìn)行的，這是一個(gè)相互合作的過(guò)程，可以完成一個(gè)高度的提升。資料的解釋工作是基于資料處理環(huán)節(jié)之后所取得的視電阻率的斷面圖和切片圖，依據(jù)所得到的相關(guān)示意圖，依據(jù)圖件之中的電性分布狀況，與探測(cè)區(qū)域之內(nèi)水文地質(zhì)的實(shí)際狀況相結(jié)合，得到相關(guān)的分布信息，對(duì)富水區(qū)域?qū)游贿M(jìn)行有效的鑒別，為煤礦實(shí)施防治水提供有效的建議[2]。

4.2 側(cè)線視電阻率剖面圖成果

本研究中工作面之中存在的瞬變電磁底板經(jīng)過(guò)探測(cè)得到的諸多數(shù)據(jù)，在經(jīng)過(guò)了一系列的處理之后得到相應(yīng)的剖面圖，并且對(duì)其中12 條測(cè)線之中的視電阻剖面圖進(jìn)行有效的分析，取得其在不同部位的切片，并依據(jù)這些切片來(lái)得到最終的成果圖。

成果圖顯示，在探測(cè)區(qū)域之內(nèi)有較多的區(qū)域都存在極高的電阻率，k 電阻率的數(shù)值大于1，只有一些區(qū)域才會(huì)出現(xiàn)較為強(qiáng)烈的低阻，其數(shù)值小于0.4。在輔運(yùn)順槽的探測(cè)線剖面之內(nèi)，底板之內(nèi)的垂探線及其內(nèi)側(cè)角度為30°俯探線之內(nèi)的某段區(qū)域之內(nèi)30 m 的深區(qū)域之中的k 電阻率數(shù)值均低于0.4，并且低阻區(qū)域的部位及形態(tài)保持一致性，存在較高的可靠度；在主運(yùn)順槽線的剖析面之中，底板的垂探線、內(nèi)側(cè)角度為30°和60°俯探線之內(nèi)的某段區(qū)域之內(nèi)45 m 的深區(qū)域之中的k 電阻率數(shù)值均低于0.4，并且低阻區(qū)域的部位及形態(tài)存在較高的一致性，具有極高的可靠性。

4.3 側(cè)線視電阻率剖面圖成果

與相關(guān)的資料進(jìn)行對(duì)比分析，將電阻率的數(shù)值處于0.4 Ω·m 以下的區(qū)域成為低阻異常區(qū)，共劃出了兩個(gè)區(qū)域，瞬變電磁低阻異常區(qū)分布圖，如圖7 所示。

圖7 瞬變電磁低阻異常區(qū)分布圖

1#低阻異常區(qū)：從平面上，該區(qū)域處于JYF18 之內(nèi)的12 m～65 m 之間，并逐漸向工作面進(jìn)行延伸，與東坡向斜的軸部來(lái)相互接近；從垂直向上，該區(qū)域位于底板之下的30 m 處，區(qū)域之內(nèi)的視電阻率數(shù)值較低，并且逐漸向深部進(jìn)行延伸，對(duì)東坡向斜產(chǎn)生了一定的影響，對(duì)該影響進(jìn)行分析，其原因在于巖層破碎，具有一定的富水性。

2#低阻異常區(qū)：從平面上看，該區(qū)域處于JYZ21之內(nèi)的10 m～15 m，并逐漸向工作面進(jìn)行延伸，整體上呈現(xiàn)出條帶狀，與Fs117 斷層之間形成了十分緊密的貼合，并與其維持一定的平行；從垂直向上看，該區(qū)域處于底板的45m 指出。區(qū)域內(nèi)的視電阻率數(shù)值相對(duì)較低，對(duì)Fs117 斷層會(huì)產(chǎn)生較大的影響，對(duì)其進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)將會(huì)形成次生隱伏斷層。

5 結(jié)語(yǔ)

1）在本文所開(kāi)展的研究中，工作面的任務(wù)量需要依照其水文地質(zhì)條件來(lái)進(jìn)行調(diào)整，最終將探測(cè)區(qū)域明確為處于850 m 以下的區(qū)域。

2）由于瞬變電磁探測(cè)法會(huì)受到較多因素的影響，如管路、鐵軌等，因此，在實(shí)施探測(cè)的過(guò)程中應(yīng)保持停電狀態(tài)，盡可能避開(kāi)積水區(qū)，以提升探測(cè)的精確度。

3）探測(cè)工作的結(jié)果會(huì)受到地質(zhì)及人為因素的影響，因此在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的時(shí)候應(yīng)當(dāng)盡可能清除其中的干擾項(xiàng)目，對(duì)切面實(shí)施綜合分析。