礦井電磁法在測試賦水性中運用

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本文作者：羅軍單位：貴州盤江精煤股份有限公司

0引言

瞬變電磁法用于煤田地下水探測已有多年，取得了較好的地質效果。但到目前為止，瞬變電磁法主要用于地面探測，其理論基礎基于地下半空間電磁理論。而礦井瞬變電磁探測目前在國內外都處于研究階段，實際工作不多。理論上講，井下觀測時，發射、接收線圈距目標體較近，在巷道內可與含、導水構造形成最佳偶合，得到較強的瞬變信號。但在實際探測過程中，巷道空間、變化多樣的支護條件及金屬體對礦井瞬變電磁場的分布規律都會產生較為復雜的影響，使得礦井瞬變電磁法的探測精度大為降低。因此，在具體施工過程中，應靈活設計測點和線圈位置，使線圈裝置遠離這些金屬體，并且靠近探測目標體所在巷道一側，以獲得較好的探測效果。

1地質概況

月亮田煤礦1118117工作面是綜采工作面。工作面走向長814m，傾斜長181m，煤層厚度1.4m~1.8m，平均1.6m，工作面底板高程+1256.8m~+1301.4m。本工作面煤層傾角7°～14°，平均傾角10°。工作面范圍內煤層小的寬緩褶皺發育，底板起伏不大，構造主要表現為斷層、"頂壓"，并伴有原生節理、裂隙發育。切眼至停采線內實揭露落差大于1m的斷層共有8條，其中F3、F4斷層貫穿工作面。工作面回采過程中涌水來源主要為頂板冒落裂隙水，受1118115工作面采動影響，1118117工作面回風巷在掘進過程中頂板有滴、淋水現象[1]。地面標高+2043m，地表水與地下水無水力聯系。

2儀器與施工方法

本次探測所采用儀器為福州華虹智能科技開發有限公司生產的YCS40（A）瞬變電磁系統。本次探測采用中心重疊回線裝置，發射匝數9，接收匝數18，線圈邊長2m，該模式是最佳的淺部勘探電磁系統。本次探測技術參數如下。

2.1儀器參數設置發射電壓：12V；發射頻率8.3Hz；疊加次數：128；抑制系數：3；測道數：40；記錄時窗：0.008ms～864ms。

2.2裝置參數設置發射線框的邊長：2m；發射線框匝數：9；電阻要求：≤10Ω；接收線框邊長：2m；接收線框匝數:18。本次探測測點間距10m，實際測量時，為了在巷道內探測到頂板巖層內富水區域，采用多匝線框，探測頂板方向及與煤層呈45°夾角斜上方向，放射線框與接收線框匝數不等，中心重疊回線裝置，以便與地下（探測方向）異常體產生最佳偶合響應[2]。

3探測結果分析

根據以往經驗，視電阻率在1Ω•m以下時，工作面頂板相對富水，但對于泥巖等電阻率值相對較低的巖層，在探測解釋成果中也會出現較低的視電阻率值，在數據解釋時，結合地質情況，對低阻異常進行解釋。本次探測自1118117工作面自工作面30m作為探測的0點位置，1118117工作面回風巷測線長550m，運輸巷測線長580m，總測線長1130m，分別對1118117工作面頂板及兩幫45°方向進行了探測，通過對數據進行系列處理，最終得出TEM視電阻率擬斷面圖[3]。圖1和圖2是本次探測的1118117工作面回風、運輸TEM視電阻率擬斷面圖及對應的色標，圖中不同的顏色表示不同的視電阻值，電阻率由低到高按照從冷色調到暖色調升高的規律分布。因此填充了不同顏色的該斷面圖可以更直觀的判斷探測區域頂板電阻率的分布情況。橫坐標代表測點位置，縱坐標代表沿探測方向的探測深度。一般情況下，在同一條件下巖石的電阻率不會發生變化。但如果巖石（煤）出現空區或者充水那么巖石的電阻率就會發生大的變化。從圖一中可以發現，1118117工作面回風左45°方向探測視電阻率存在較大差異，在測線的0m～400m，頂板上方深部70m開外的區域存在低阻異常（藍色區域），結合地質資料分析判斷：受1118115工作面采動影響，巖層裂隙發育，與煤層上部含水層連通導致裂隙含水[4]。其它兩個方向探測視電阻率差異不大，說明探測方向煤巖體富水性較差。從圖2中可以發現，多處存在小范圍低阻異常，結合地質資料分析判斷：斷層裂隙與煤層上部含水層相連，導致斷層裂隙局部含水。為進一步對1118117工作面頂板賦水性進行解釋，利用1118117工作面回風、運輸TEM探測數據對1118117工作面頂板60m、80m、100m不同深度進行切片處理，以便于綜合分析[5]。從圖3中可以發現，回風距切眼180m范圍內出現低阻異常，經過綜合解釋，1118117工作面受1118115工作面采動影響比較大，回風距切眼180m頂板含水裂隙發育，巷道頂部存在富水帶。在圈定的相對富水異常區進行打鉆放水，先期在相對富水區各施工鉆孔3個，觀測鉆孔放水情況，安裝結束后再加密鉆孔對異常富水區進行探放水[6]。工作面正常涌水量25m3/h~30m3/h，最大突水量為75m3/h。分析圈定富水異常區放水量達9960m3。

4結論

a)TEM探測視電阻率擬斷面圖及相對視電阻率響應曲線是判斷探測區域賦水異常最重要的依據，雖然從圖上不能判斷富水區的準確位置，但為地質解釋提供了重要依據；b)礦井瞬變電磁法裝置形式靈活多樣，為探測工作面頂板的賦水性情況，可選擇線框法線垂直頂板及與煤層呈45°夾角斜向上等幾個方向進行探測，以對頂板賦水性做全面的了解，同時取得較好的探查效果；c)瞬變電磁法具有對低阻體反映靈敏、分辨率較高的特點，用于對水害的探測具有其它物探方法比擬的優點。同時瞬變電磁法還具有施工方便、高效、成本低、對地形地物條件要求小等優點。