王叢山 張 旭

（1.山東省天安礦業(yè)集團有限公司星村煤礦，山東 曲阜 273100；2.新疆華安礦業(yè)股份有限公司，新疆 巴州 841000）

1 礦井概況

星村煤礦于2006 年建成投產，2020 年核定生產能力為90 萬t/a。星村煤礦勘探前期通過開展地面三維物探，基本摸清了礦區(qū)范圍地質構造情況，后期開展瞬變電磁物探，通過采取巷道迎頭超前探測及工作面全方位探測相結合的方式，將井下水文特征逐步排查清楚。

2 瞬變電磁物探原理及施工布置

2.1 瞬變電磁物探原理簡介

礦井瞬變電磁物探所采用原理與地面物探基本一致，但是基于井下巷道相對密閉，圍巖存在特殊的空間及位置關系，物探施工環(huán)境及操作過程對物探數據的準確度有較大影響。

瞬 變 電 磁 法(Timedomain Electromagnetic Methods)，簡稱TEM，是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不接地線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法[1]。TEM 基本工作方法是：于地面或井下設置以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產生一次磁場[2]，并在地下導電巖礦體中產生感應電流。斷電后，感應電流由于熱損耗而隨時間衰減，衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度小；晚期成分相當于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征[3]。

在煤礦巷道探測中，由于巷道是較密閉、狹小空間，其接收到二次場是巷道周圍有效探測范圍內所有巖層導電性的綜合響應。

2.2 設備儀器

該次瞬變電磁探測任務采用YCS512 礦用本安型瞬變電磁探水儀（接收、發(fā)射一體機），本機型是新一代探測煤礦水害物探裝備，機型具有便攜、智能的特性，數據精度更高。主要性能參數見表1。

表1 YCS512 礦用本安型探水儀系統(tǒng)參數表

2.3 施工布置

該次瞬變電磁探測工作區(qū)域為7302 工作面，采用工作面全方位探測，即探測點圍繞工作面布置在軌道順槽、運輸順槽，測點間隔為10 m。工作面測點布置情況如圖1，每個測點探測布設6 個方向，分別為垂直工作面底板（-90°）、工作面頂板斜下方（-60°、-30°）、順煤層方向（即水平方向0°）、工作面斜上方（+30°、+60°），全方位探測工作面底板、順層及頂板富水情況，總計施工164 個點，總數據量984 個，總體數據情況良好。

圖1 工作面測點布置平面圖

3 工作面探測現場情況

該次瞬變電磁探測干擾主要有頂板及兩幫的錨網、錨索、錨桿，在解譯時需進行系統(tǒng)矯正。此次現場條件對物探數據存在一定的干擾，但采集信號質量相對穩(wěn)定，未出現廢點。

4 數據處理與解譯

通過YCS512 瞬變電磁探水儀配套解譯軟件處理井下采集的7302工作面數據，主要包括以下步驟：

1）數據的梳理及概略性分析。

2）根據探測方位、角度進行測線編輯并重新分組。

3）根據施工參數設定X、Y、Z 坐標并修正法向方位角、法向傾角。

4）進行數據干擾矯正，三維反演生成工程測線立體圖[4]（圖2）。

圖2 YCS512 探水儀三維反演工程測線空間示意圖

5）按照物探設計進行層深切片（圖3），按物探設計，以工作面所在層位為水平0 m，分別向頂板及底板做平行于工作面的層深切片，切片間隔20 m，切片深度自上而下依次為：80 m、60 m、40 m、20 m、0 m、-20 m、-40 m、-60 m、-80 m，分別導入surfer 生成與坐標相對應的視電阻率等值線圖，并對照色標庫進行上色。

圖3 YCS512 探水儀三維聯合反演層深切片圖

5 解譯結果及結論

經處理，共獲得9 幅解譯圖（圖4）。解譯圖中水平軸表示工作面的長度，縱軸表示工作面的寬度，色標軸數字越小、顏色越深，代表阻值越低。

圖4 7302 工作面瞬變電磁物探層深切片解譯圖

橫向上看，靠近切眼處（水平軸0 點）阻值較高，靠近運順聯絡巷處（水平軸800 點）阻值較低?？v向上看，離工作面（水平0 層）越遠，即越向上、向下，視電阻率數值略微偏大，這是由于瞬變電磁儀器發(fā)射的信號具有衰減性，距離越遠，接收到的電磁強度越小，反射回來的信號也越弱，會導致不同深度的切片解譯圖出現差別。

縱觀9 幅圖，僅有一處輕微的視電阻值異常區(qū)，異常區(qū)大致位置如下：從平面上看在距離切眼640～680 m 范圍，距離運順一側20～70 m 范圍。此處異常在工作面向上0 m、20 m、40 m 切片較明顯，其他層深切片也有輕微顯示。解譯圖中其他位置未顯示有低阻異常。

6 成果分析驗證

為確保工作面回采的安全性，結合“三專兩探”要求，技術人員對異常區(qū)展開深入分析，包括其地層層位特性、地質構造特點、現場施工環(huán)境等，并在異常區(qū)范圍設計探放水鉆孔[5]，探查前方地質體富水特性。

6.1 異常區(qū)地層層位特性

物探施工位置為7302 工作面，該工作面煤層屬于山西組3 煤層，以過渡相沉積為主，沉積分異明顯，由砂巖、粉砂巖、粉細砂巖互層、黏土巖、煤層組成。工作面內煤層走向N17°W，傾向S73°W，傾角3°～13°，平均6°。異常區(qū)位于工作面上方10～40 m 區(qū)域，在工作面的平面位置如圖5 所示，該處地層巖性為深灰-灰白色粉砂-中細砂巖，分選性中等，硅質膠結。推斷該層位含水性較差，異常區(qū)受地層特性影響較小。

圖5 異常區(qū)位置及探放水鉆孔布置示意圖

6.2 異常區(qū)地質構造特點

結合采掘工程平面圖及以往三維物探成果，該工作面總體構造形態(tài)為背斜構造，局部發(fā)育寬緩波狀褶曲，區(qū)地質構造情況屬于良好。工作面附近斷層落差均小于4.0 m，且僅有兩條斷層在工作面內有較短延伸。SF56 斷層（落差40 m）位于工作面東北方向，但距離工作面80 m，對工作面導水性較弱，且無陷落柱等構造，判斷此異常區(qū)受地質構造影響較小。

6.3 異常區(qū)施工現場環(huán)境

根據實際施工現場，此異常區(qū)處于巖巷段，錨桿錨網支護細密，在異常區(qū)附近有鋼梁架棚和集中存放的變壓器開關箱體，此類均是易導電物體，對電阻率干擾較大，易形成低阻異常區(qū)。

6.4 異常區(qū)鉆探驗證結果

根據異常區(qū)在工作面的位置，在運輸順槽一側設計了3 個探放水鉆孔，具體位置如圖5 所示，探放水鉆孔具體參數如表2。鉆探結果：3 個探放水鉆孔基本無水。

表2 探放水鉆孔設計參數及出水量

綜上，經過對異常區(qū)地層特性、地質構造情況及現場施工環(huán)境分析，初步判定該異常區(qū)為巷道施工環(huán)境所造成。經鉆探驗證，4 個探放水鉆孔基本無水，所以綜合判定此處異常是由于巷道特殊環(huán)境所造成，非斷層富水異常區(qū)。

7 結語

1）該次井下施工過程中，做好技術保障措施。嚴格按照操作步驟、確定的施工參數進行施工，測線如有畸變時必須復測，保證觀測精度符合規(guī)定。在實際探測時盡量避開大型孤立金屬機電設備，物探施工區(qū)域排干積水，同時做好記錄，以便在資料解釋時盡量消除影響。

2）該次瞬變電磁物探解譯摒棄通常采用的二維平面解譯法，采用更高精度的三維立體解譯方式，將立體解譯圖采取切片的方式更直觀地呈現出來，清晰明確、簡單易懂。