瞬變電磁法在煤層頂板防治水中的應(yīng)用分析

王 文，王猛猛

（1.兗礦東華建設(shè)有限公司物探研究所，山東鄒城，273500；2.兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦，山東濟(jì)寧，272000

瞬變電磁法在煤層頂板防治水中的應(yīng)用分析

王 文1，王猛猛2

（1.兗礦東華建設(shè)有限公司物探研究所，山東鄒城，273500；2.兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦，山東濟(jì)寧，272000

物理勘探技術(shù)對(duì)于探測(cè)井下富水區(qū)域的位置、制定相應(yīng)的防治措施具有重要作用。本論文采用瞬變電磁法對(duì)某礦2-2上201采煤工作面頂板進(jìn)行探測(cè)和分析，得出了巖層富水異常區(qū)的位置和范圍，為工作面合理防治水提供了有利的依據(jù)。

瞬變電磁法；電阻率；富水異常區(qū)

1　瞬變電磁法的原理

1.1瞬變電磁法的基本理論

瞬變電磁法屬于電磁感應(yīng)類探測(cè)方法，遵循電磁感應(yīng)原理，其機(jī)理為導(dǎo)電介質(zhì)在階躍變化的電磁場(chǎng)激發(fā)下而產(chǎn)生的渦流場(chǎng)效應(yīng)，即利用一個(gè)不接地的回線或磁偶極子向地下發(fā)射脈沖電磁波作為激發(fā)場(chǎng)源（習(xí)慣上稱為“一次場(chǎng)”），大地或探測(cè)目標(biāo)體在激發(fā)場(chǎng)的作用下，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感生渦流，利用專門儀器觀測(cè)這種渦流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)（稱為“二次場(chǎng)”）的強(qiáng)弱、空間分布特性和時(shí)間特性，根據(jù)二次場(chǎng)的信息分析得到相關(guān)的水文地質(zhì)信息。

1.2井下探測(cè)應(yīng)用

井下實(shí)際探測(cè)過程中，根據(jù)測(cè)量要求確定測(cè)量點(diǎn)距，一般測(cè)量點(diǎn)距為2～10m，根據(jù)要求對(duì)異常區(qū)段可以加密探測(cè)，采用多匝線框進(jìn)行探測(cè)，發(fā)射線框和接收線框?yàn)樵褦?shù)不等，且完全分離的兩個(gè)獨(dú)立線框，線框?qū)?zhǔn)要探測(cè)的目的巖層方向，根據(jù)勘探任務(wù)的需要和巷道實(shí)際情況，改變線框的大小和匝數(shù)，可以探測(cè)不同的深度及角度，利用瞬變電磁儀與線框相接，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)收集和記錄、存儲(chǔ)，通過數(shù)據(jù)分析，得出富水區(qū)域的位置和范圍。

圖1　工作面探測(cè)方向示意圖

2　工程實(shí)例

2.1工程概況

2-2上201工作面已形成，影響工作面回采的主要水文地質(zhì)條件為煤層頂板砂巖水和直羅組含水層。為了摸清該工作面頂板砂巖富水范圍分布情況，提前做好疏放工作，消除水害隱患，擬采用礦井瞬變電磁法來(lái)探測(cè)該工作面頂板富水范圍，為工作面回采的防治水工作提供基礎(chǔ)物探資料。

2.2現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)

探測(cè)中在膠帶順槽布置物理測(cè)點(diǎn)93個(gè)，物理點(diǎn)點(diǎn)距均為10m，探測(cè)長(zhǎng)度820m；在回風(fēng)順槽布置物理測(cè)點(diǎn)102個(gè)，探測(cè)長(zhǎng)度1010m；在切眼布置物理測(cè)點(diǎn)35個(gè)，探測(cè)長(zhǎng)度340m。探測(cè)方向如下圖所示。

2.3瞬變電磁法勘探結(jié)果分析

首先，根據(jù)各個(gè)方向測(cè)線所得視電阻率等值線斷面圖，對(duì)各方向斷面圖進(jìn)行分析；其次分析對(duì)比各個(gè)探測(cè)方向地質(zhì)異常體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析地質(zhì)異常區(qū)的分布規(guī)律。最后結(jié)合實(shí)際地質(zhì)資料，確定工作面頂板富水體的分布情況。電阻率等值線斷面圖如下。

圖2　工作面回風(fēng)順槽視電阻率等值線斷面圖

根據(jù)該礦地質(zhì)資料，由圖2至圖4知，可將該工作面劃分為五個(gè)富水異常區(qū)域：Ⅰ號(hào)相對(duì)富水異常區(qū)位于回風(fēng)順槽0～60m范圍內(nèi)，預(yù)計(jì)發(fā)育高度10～126m；Ⅱ號(hào)相對(duì)富水異常區(qū)：位于膠帶順槽80～160m、膠帶順槽外幫80～110m范圍內(nèi)，預(yù)計(jì)發(fā)育高度10～138m；Ⅲ 號(hào)相對(duì)富水異常區(qū)：位于回風(fēng)順槽210～250m和310～350m、膠帶順槽260～320m范圍內(nèi)，預(yù)計(jì)發(fā)育高度10～133m；Ⅳ號(hào)相對(duì)富水異常區(qū)：位于回風(fēng)順槽410～460m，膠帶順槽350～430m，膠帶順槽外幫400～430m，預(yù)計(jì)發(fā)育高度10～129m；Ⅴ號(hào)相對(duì)富水異常區(qū)：位于膠帶順槽750～780m，膠帶順槽外幫730～790m范圍內(nèi)，預(yù)計(jì)發(fā)育高度10～114m。

3　結(jié)論

結(jié)合工作面水文地質(zhì)資料及本次探測(cè)施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)所得到的成果圖件進(jìn)行綜合分析，劃分相對(duì)富水區(qū)域五處，由于任何物探方法都有多解性，且物探工作所獲取的資料是地層、構(gòu)造及賦存水體在靜態(tài)下的反映，在井下采掘活動(dòng)的影響下，地應(yīng)力會(huì)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致地質(zhì)水文情況會(huì)產(chǎn)生不同程度的變化，即富水區(qū)在不同時(shí)期存在不同的階段特性，應(yīng)辯證地看待。在應(yīng)用電法資料的過程中，需要結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)水文資料綜合運(yùn)用。工作面在回采過程中，應(yīng)對(duì)本次探測(cè)所劃分相對(duì)富水異常區(qū)進(jìn)行一定的驗(yàn)證工作，在回采時(shí)，注意加強(qiáng)水文地質(zhì)管理，加強(qiáng)水文觀測(cè)，以確保工作面安全回采。

王文（1989-），兗礦東華建設(shè)有限公司物探研究所技術(shù)員，助理工程師，濰坊學(xué)院工程管理專業(yè)，主要從事地球物理勘探工作。

王猛猛（1987-），兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦技術(shù)員，山東科技大學(xué)土木工程（礦建）專業(yè)，主要從事礦井勘探和開采工作。

Application of transient electromagnetic method in the prevention and control of coal seam roof

Wang Wen1，Wang Mengmeng2
（1.Yankuang Donghua Construction Co.，Ltd.Geophysical Research Institute，Shandong Zoucheng，273500；2. Yanzhou Coal Mining Co.，Ltd.Jining No.2 coal mine， Shandong Jining，272000）

Physical exploration technology plays an important role in detecting the location of underground water rich regions and making corresponding preventive measures.In this paper，transient electromagnetic method is used to detect and analyze the roof of 201 coal mining working face in a coal mine 2-2，and the position and range of the abnormal area of water stratum is obtained，which provides a favorable basis for the reasonable control of water.

transient electromagnetic method； resistivity；water rich anomaly area

圖3　工作面膠帶順槽視電阻率等值線斷面圖

圖4　工作面切眼視電阻率等值線斷面圖