瞬变电磁法在探测工作面顶板赋水性中的应用

　　摘  要：瞬变电磁法对地下水反应敏感，而矿井瞬变电磁法具备距离目标体近，分辨率高的特点。为此使用福州华虹智能科技开发有限公司研发生产的YCS40（A）瞬变探测仪，采用重叠回线装置布置线圈，对贵州盘江精煤股份有限公司月亮田矿1118117工作面顶板赋水性进行了探查，指出1118117工作面回风巷顶板以上至100米高度的范围内（0~180m段），受1118115工作面采动影响，顶板含水裂隙发育，巷道顶部存在富水异常区，并得到了钻孔探放水施工验证，为工作面安全回采提供了可靠的技术支持。井下探放水和工作面回采资料表明，瞬变电磁法探测工作面顶板赋水性具有较高的准确性。

　　关键词：矿井瞬变电磁法；重叠回线；赋水性探测

　　中图分类号：  P631.325  　　　文献标识码：  A      文章编号：2095-0802-(2012)06-00  -00

　　Transient Electromagnetic Method in the Detection of Working Face Roof Water Bearing Application

　　LUO Jun

　　（Guizhou Panjiang Coal Limited Liability Company, Liupanshui  553532, Guizhou, China）

　　Abstract: Transient electromagnetic method to groundwater and sensitive response, mine transient electromagnetic method with distance from the target object, high resolution. Therefore the use of Fuzhou Huahong intelligent science and technology development limited company R & D and production of YCS40( A ) transient detector, using overlapping loop coils are arranged, on Guizhou Panjiang Coal Company Limited of Yueliangtian mine1118117working face roof water bearing undertook exploration, out of 1118117working face air return way above the top plate to the 100 m high range (0 ~180m ), by the 1118115working face mining influence, roof aqueous fractured, top of the tunnel in water rich anomaly area, and the drilling exploration and drainage construction test, for the working face mining safety provides reliable technical support. Drilling flak and mining data show, transient electromagnetic method for detecting water bearing roof of working face with high accuracy.

　　Key word: mine transient electromagnetic method; overlap loop; water bearing detection

　　0引言

　　水害是影响矿井安全生产的主要因素之一，为保证煤层的正常开采，在煤层开采之前对煤矿开采区进行水文地质勘探，查明煤层顶、底板围岩的赋水情况、断层裂隙的分布和采空区的积水情况，及主要断层的含水及赋水性等问题具有十分重要的意义。瞬变电磁法用于煤田地下水探测已有多年，取得了较好的地质效果。但到目前为止，瞬变电磁法主要用于地面探测，其理论基础基于地下半空间电磁理论。而矿井瞬变电磁探测目前在国内外都处于研究阶段，实际工作不多。理论上讲，井下观测时，发射、接收线圈距目标体较近，在巷道内可与含、导水构造形成最佳偶合，得到较强的瞬变信号。但在实际探测过程中，巷道空间、变化多样的支护条件及金属体对矿井瞬变电磁场的分布规律都会产生较为复杂的影响，使得矿井瞬变电磁法的探测精度大为降低。因此，在具体施工过程中，应灵活设计测点和线圈位置，使线圈装置远离这些金属体，并且靠近探测目标体所在巷道一侧，以获得较好的探测效果。

　　1地质概况

　　月亮田煤矿1118117工作面是综采工作面。工作面走向长814 m，倾斜长181 m，煤层厚度1.4 m~1.8 m，平均1.6 m，工作面底板高程+1 256.8 m~+1 301.4 m。本工作面煤层倾角7°～14°，平均倾角10°。工作面范围内煤层小的宽缓褶皱发育，底板起伏不大，构造主要表现为断层、"顶压"，并伴有原生节理、裂隙发育。切眼至停采线内实揭露落差大于1 m的断层共有8条，其中F3、F4断层贯穿工作面。工作面回采过程中涌水来源主要为顶板冒落裂隙水，受1118115工作面采动影响，1118117工作面回风巷在掘进过程中顶板有滴、淋水现象[1]。地面标高+2 043 m，地表水与地下水无水力联系。

　　2仪器与施工方法

　　本次探测所采用仪器为福州华虹智能科技开发有限公司生产的YCS40（A）瞬变电磁系统。本次探测采用中心重叠回线装置，发射匝数9，接收匝数18，线圈边长2 m，该模式是最佳的浅部勘探电磁系统。本次探测技术参数如下。

　　2.1仪器参数设置

　　发射电压：12 V；发射频率8.3 Hz；叠加次数：128；抑制系数：3；测道数：40；                   记录时窗：0.008 ms～864 ms。

　　2.2装置参数设置

　　发射线框的边长：2 m；发射线框匝数：9；电阻要求：≤10  ；接收线框边长：2 m；接收线框匝数:18。

　　本次探测测点间距10 m，实际测量时，为了在巷道内探测到顶板岩层内富水区域，采用多匝线框，探测顶板方向及与煤层呈45°夹角斜上方向，放射线框与接收线框匝数不等，中心重叠回线装置，以便与地下（探测方向）异常体产生最佳偶合响应[2]。

　　3探测结果分析

　　根据以往经验，视电阻率在1  .m以下时，工作面顶板相对富水，但对于泥岩等电阻率值相对较低的岩层，在探测解释成果中也会出现较低的视电阻率值，在数据解释时，结合地质情况，对低阻异常进行解释。

　　本次探测自1118117工作面自工作面30 m作为探测的0点位置，1118117工作面回风巷测线长550 m，运输巷测线长580 m，总测线长1 130 m，分别对1118117工作面顶板及两帮45°方向进行了探测，通过对数据进行系列处理，最终得出TEM视电阻率拟断面图[3]。

　　图1和图2是本次探测的1118117工作面回风、运输TEM视电阻率拟断面图及对应的色标，图中不同的颜色表示不同的视电阻值，电阻率由低到高按照从冷色调到暖色调升高的规律分布。因此填充了不同颜色的该断面图可以更直观的判断探测区域顶板电阻率的分布情况。横坐标代表测点位置，纵坐标代表沿探测方向的探测深度。

　　图1 1118117工作面回风TEM探测视电阻率拟断面图

　　图2 1118117工作面运输TEM探测视电阻率拟断面图

　　一般情况下，在同一条件下岩石的电阻率不会发生变化。但如果岩石（煤）出现空区或者充水那么岩石的电阻率就会发生大的变化。从图一中可以发现，1118117工作面回风左45°方向探测视电阻率存在较大差异，在测线的0 m～400 m，顶板上方深部70 m开外的区域存在低阻异常（蓝色区域），结合地质资料分析判断：受1118115工作面采动影响，岩层裂隙发育，与煤层上部含水层连通导致裂隙含水[4]。其它两个方向探测视电阻率差异不大，说明探测方向煤岩体富水性较差。从图2中可以发现，多处存在小范围低阻异常，结合地质资料分析判断：断层裂隙与煤层上部含水层相连，导致断层裂隙局部含水。

　　为进一步对1118117工作面顶板赋水性进行解释，利用1118117工作面回风、运输TEM探测数据对1118117工作面顶板60 m、80 m、100 m不同深度进行切片处理，以便于综合分析[5]。

　　图3 1118117工作面不同深度TEM探测切面图

　　从图3中可以发现，回风距切眼180 m范围内出现低阻异常，经过综合解释，1118117工作面受1118115工作面采动影响比较大，回风距切眼180 m顶板含水裂隙发育，巷道顶部存在富水带。

　　在圈定的相对富水异常区进行打钻放水，先期在相对富水区各施工钻孔3个，观测钻孔放水情况，安装结束后再加密钻孔对异常富水区进行探放水[6]。工作面正常涌水量25 m3/h ~30 m3/h，最大突水量为75 m3/h。分析圈定富水异常区放水量达9 960 m3。钻探结果证明，瞬变电磁法在探测低阻异常体时具有相当的准确性。

　　4结论

　　a)TEM探测视电阻率拟断面图及相对视电阻率响应曲线是判断探测区域赋水异常最重要的一句，剖面中有强异常的位置，是最可能含水的地方。虽然从图上不能判断富水区的准确位置，但为地质解释提供了重要依据；

　　b)矿井瞬变电磁法装置形式灵活多样，为探测工作面顶板的赋水性情况，可选择线框法线垂直顶板及与煤层呈45°夹角斜向上等几个方向进行探测，以对顶板赋水性做全面的了解，同时取得较好的探查效果；

　　c)瞬变电磁法具有对低阻体反映灵敏、分辨率较高的特点，用于对水害的探测具有其它物探方法比拟的优点。同时瞬变电磁法还具有施工方便、高效、成本低、对地形地物条件要求小等优点。

　　参考文献：

　　[1] 夏双力.瞬变电磁法在探测小窑采空区、陷落柱中的应用[J].中国煤田地质, 2006(S1):68-69.

　　[2] 杨海燕, 岳建华, 刘志新.矿井瞬变电磁法多匝小回线装置电感效应的理论研究[J]. 吉林大学学报(地球科学版),2006(S1):168-171.

　　[3] 周建雄, 周  韬, 韩自豪.瞬变电磁法在煤矿水害防治中的应用[J].中州煤炭,2005(03):9-11.

　　[4] 唐新功, 胡文宝, 严良俊.瞬变电磁法对存在山谷地形时的多个异常体的探测能力研究[J].地震地质,2005(2):316-323.

　　[5] 刘树才, 刘志新, 姜志海.瞬变电磁法在煤矿采区水文勘探中的应用[J].中国矿业大学学报,2005(4):414-417.

　　[6] 时  晗.瞬变电磁法在巨厚覆盖层地区勘查地下水源的应用[J].中国煤田地质, 2005(3):53-55.