淺談瞬變電磁法在巷道掘進(jìn)中的技術(shù)應(yīng)用

張劍

摘 要：隨著礦井開采范圍增大，受水害威脅的區(qū)域增多，開采煤層主要存在底板隔水層厚度較薄，受下伏奧陶紀(jì)灰?guī)r水威脅，使巷道掘進(jìn)存在一定的突水危險(xiǎn)性，嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。因此，在巷道掘進(jìn)時(shí)要提前做好瞬變電磁法探查的必要工作。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁法;巷道掘進(jìn);技術(shù)應(yīng)用

1 掘進(jìn)巷道地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

1.1 掘進(jìn)巷道地質(zhì)情況

西翼集中軌道巷位于首采區(qū)中部，根據(jù)地面三維地震勘探資料分析：該區(qū)域地質(zhì)條件較復(fù)雜。軌道巷掘進(jìn)至364米時(shí)可能揭露逆斷層F13（H=7m∠45°），掘進(jìn)至530米時(shí)可能揭露地質(zhì)異常區(qū)。將給巷道正常掘進(jìn)帶來一定影響。掘進(jìn)過程中可能造成冒頂或片幫，需加強(qiáng)支護(hù)。

1.2 掘進(jìn)巷道水文地質(zhì)情況

1.2.1 下伏奧陶系灰?guī)r含水層影響

該含水層為煤系基底。根據(jù)三維地震1煤層底板等高線圖、隔水層厚度等值線圖、奧灰含水層頂界面等值線圖、相關(guān)鉆孔資料以及奧灰含水層等水位線圖綜合分析，該巷掘進(jìn)范圍煤層底板與灰?guī)r間距8.5m～27m;據(jù)水文資料分析，該區(qū)域奧灰靜水位+690～+705m，計(jì)算得本區(qū)域煤層底板為突水系數(shù)0.0185～0.055 MPa/m，小于臨界突水系數(shù)0.06 MPa/m，無突水危險(xiǎn);另外通過1煤皮帶巷打鉆等情況綜合分析，本掘進(jìn)區(qū)域該含水層補(bǔ)給性較差，涌水量較小，巷道掘進(jìn)不受奧灰水威脅。

1.2.2 煤系砂巖裂隙含水層影響

該含水層厚度14.15～34.20m，單位涌水量0.000145～0.0739l/s*m，滲透系數(shù)0.00388～0.0717m/d。水質(zhì)類型HCO3-Cl-Na型水，礦化度大于0.5g/l，富水性弱。根據(jù)1煤集中皮帶巷實(shí)際采掘過程中揭露，該含水層在掘進(jìn)過程中會有少量頂板淋水進(jìn)入工作面，隨時(shí)間增加會逐漸減小直到消失，對正常掘進(jìn)無影響。

2 探測目的和任務(wù)

為保障西翼集中軌道巷安全掘進(jìn)，對西翼集中軌道巷G5點(diǎn)前17.4m處，掘進(jìn)前方100m范圍內(nèi)煤巖層賦水情況進(jìn)行全面探測。

3 瞬變電磁法簡介

3.1 方法原理簡介

瞬變電磁法簡稱TEM，利用不接地回線（線圈）向被測地質(zhì)體發(fā)射脈沖式電場作為場源（一次場），以激勵被測地質(zhì)體產(chǎn)生二次場，在發(fā)射脈沖的間隙利用接收回線（線圈）接收二次場隨時(shí)間變化的響應(yīng)。從接收的二次場數(shù)據(jù)中分析出地質(zhì)體異常導(dǎo)電體的位置，從而達(dá)到解決地質(zhì)問題的目的。

3.2 儀器設(shè)備、型號、性能

本次探測使用YCS200礦用瞬變電磁儀，工作時(shí)發(fā)射電流為4.5A，頻率6.25Hz，發(fā)射線圈1.5m×1.5m×10匝，接收線圈20匝。發(fā)射線框和接收線框分別為匝數(shù)不等、且完全分離的兩個(gè)獨(dú)立線框，以便與含水異常體產(chǎn)生最佳耦合響應(yīng)。

4 工作面數(shù)據(jù)采集

4.1 技術(shù)要求

①井下探測前對員工進(jìn)行培訓(xùn)和實(shí)際操作訓(xùn)練，學(xué)習(xí)規(guī)范和探測設(shè)計(jì)，掌握探測技術(shù)要點(diǎn)，使員工做到心中有數(shù);

②探測前完成儀器的測試，保證儀器的正常運(yùn)行;

③探測成果必須保證精度，測點(diǎn)點(diǎn)位必須準(zhǔn)確;

④瞬變電磁線圈按照一定的方式安置，并做到方向準(zhǔn)確、固定牢固等;

⑤數(shù)據(jù)采集前背景電阻率調(diào)查;

⑥嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)說明書所規(guī)定的觀測系統(tǒng)進(jìn)行觀測，當(dāng)測點(diǎn)周邊存在無法排除的障礙物時(shí)，可在不影響觀測效果的前提下對觀測系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整并及時(shí)記錄，以便后續(xù)處理;

⑦在每個(gè)觀測點(diǎn)進(jìn)行記錄前，排除可能存在的干擾;

⑧由于周邊環(huán)境、儀器故障等因素導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)受到干擾或出現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)查明原因，排除干擾，并對該測點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)觀測，確保觀測數(shù)據(jù)真實(shí)有效;

⑨觀測完畢后，操作員應(yīng)對數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行整理、檢查，并轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)中，確認(rèn)無誤后進(jìn)行備份;

⑩加強(qiáng)室內(nèi)資料整理，對記錄認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)問題并查處問題原因。并做好觀測系統(tǒng)圖等基礎(chǔ)資料的檢查驗(yàn)收，為資料處理提供完全準(zhǔn)確的原始資料和圖件。

4.2 施工安全技術(shù)措施

用于探測的瞬變電磁儀，要具有煤礦安全標(biāo)志，并具有國家指定部門頒發(fā)的儀器設(shè)備防爆證書，要經(jīng)有關(guān)部門檢查合格后方可下井工作;到達(dá)工作現(xiàn)場時(shí)，首先進(jìn)行安全確認(rèn)，確定安全后方可進(jìn)入;儀器在運(yùn)輸和探測過程中要注意防震、防淋、防潮、防暴曬、防腐蝕;嚴(yán)禁在井下充電、拆卸檢修儀器。物探人員嚴(yán)禁站在皮帶或溜子上進(jìn)行采集數(shù)據(jù);物探人員嚴(yán)禁進(jìn)入無風(fēng)、空頂區(qū)域作業(yè);作業(yè)期間嚴(yán)格遵守煤礦安全規(guī)程，確保人員安全，保證施工順利進(jìn)行。

4.3 數(shù)據(jù)采集情況

4.3.1 觀測系統(tǒng)設(shè)置

為探清西翼集中軌道巷G5點(diǎn)前17.4m處掘進(jìn)前方100m區(qū)域范圍賦水性情況，本次采用瞬變電磁法進(jìn)行勘探，有利于最終解釋成果的穩(wěn)定。

本次探測確定西翼集中軌道巷G5點(diǎn)前17.4m處布置測點(diǎn)，測點(diǎn)布置如圖1所示，共對迎頭11個(gè)方位進(jìn)行探測，每個(gè)方位根據(jù)法相傾角不同分為2個(gè)方向?？刂铺綔y長度為100m。

4.3.2 現(xiàn)場采集工作量統(tǒng)計(jì)

本次探測由左幫開始至右?guī)吞綔y范圍為0°-180°，共11個(gè)方位。每個(gè)方位根據(jù)法相傾角不同，分為順層0°方向，底板30°方向。共計(jì)22個(gè)物理點(diǎn)。

4.3.3 探測試驗(yàn)情況

探測前，對現(xiàn)場背景電阻率進(jìn)行了測試，測試試驗(yàn)顯示背景電阻率對探測結(jié)果影響較小。

5 工作完成情況及質(zhì)量評價(jià)

5.1 井下工作量完成情況

本次探測，共計(jì)完成瞬變電磁測點(diǎn)22個(gè)物理點(diǎn)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.2 井下探測施工質(zhì)量評價(jià)

瞬變電磁法屬于電磁法類，易受金屬及水體等干擾因素的影響。探測過程中，由于現(xiàn)場某些測點(diǎn)存在金屬鐵器，因此對采集信號有一定的影響，在數(shù)據(jù)處理的過程中，應(yīng)考慮干擾因素對其影響。

6 數(shù)據(jù)處理及解釋

6.1 數(shù)據(jù)處理分析

①本次瞬變電磁數(shù)據(jù)采集采用1.5m×1.5m線框，疊加次數(shù)30，發(fā)射頻率為6.25Hz;

②測點(diǎn)坐標(biāo)主要是指瞬變電磁測點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z），根據(jù)現(xiàn)場情況，所采集的瞬變電磁數(shù)據(jù)使用YCS200數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行拼接。處理時(shí)，選擇合適的坐標(biāo)點(diǎn)作為工作面瞬變電磁探測坐標(biāo)原點(diǎn);

③對明顯異常數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線校正，使之符合瞬態(tài)電場規(guī)律;

④設(shè)置并修改道參后，查看觀測系統(tǒng)是否與現(xiàn)場布置一致;

⑤經(jīng)過上述處理后進(jìn)入視電阻率計(jì)算模塊。在計(jì)算完視電阻率后進(jìn)行成圖;

⑥為了更好區(qū)別視電阻率高低，使用不同顏色表示視電阻率值大小，其中冷色調(diào)表示視電阻率為低阻區(qū)，暖色調(diào)為視電阻率相對高阻區(qū)。

6.2 探測成果解釋

根據(jù)施工設(shè)計(jì)，完成瞬變電磁法施工。經(jīng)過室內(nèi)數(shù)據(jù)處理，得出各個(gè)探測斷面的視電阻率剖面圖。

依次用藍(lán)色、綠色、黃色、紅色表示低阻到高阻的變化趨勢;藍(lán)色表示低阻，賦水性可能性較大，到紅色時(shí)表示高阻，巖層含水性較弱;受電位自然衰減，距離探測點(diǎn)較遠(yuǎn)的位置會出現(xiàn)不同程度的低阻所示。

7 結(jié)論

通過對掘進(jìn)巷道超前三個(gè)探測方向探查，均未出現(xiàn)明顯低阻異常區(qū)，為巷道掘進(jìn)提供安全有效距離的保障。同時(shí)加強(qiáng)巷道掘進(jìn)期間水文地質(zhì)觀測記錄，及時(shí)整理水文地質(zhì)臺賬，為后期評價(jià)奧灰?guī)r賦水性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高對灰?guī)r賦水性探測的可靠度，保證礦井巷道的安全掘進(jìn)工作.