礦井瞬變電磁法在采空區(qū)積水探測中的應(yīng)用

來增武

（義馬豫西地質(zhì)工程有限公司，河南 義馬 472300）

在煤礦生產(chǎn)和建設(shè)中，采空區(qū)積水為礦井水災(zāi)事故的主要原因。采空區(qū)積水特點是：水壓大，一旦掘透，來勢兇猛，具有很大破壞性，對鋼絲繩等金屬設(shè)備有腐蝕作用[1]。因此針對采空區(qū)的勘探研究具有重要的意義。本文通過瞬變電磁方法對掘進巷道前方存在的采空區(qū)積水情況進行探查，查清采空區(qū)的積水位置和范圍，通過實踐證明瞬變電磁法在探測采空區(qū)積水位置和范圍上能夠達到良好的探測效果[2]。

1 瞬變電磁法

瞬變電磁法英文全稱是Transient Electromagnetic Method，即TEM，主要運用在地質(zhì)問題的時間域的解決過程中，在使用過程中可以借助于電極或者不接地回線將脈沖式一次電磁場向地下的方向發(fā)送[3-4]。目前瞬變電磁法的運用具有顯著的使用優(yōu)勢，能夠達到比較高的工作效率，裝置上也比較輕便，在多種地形條件下均可使用。

2 探測依據(jù)

K電阻率的分布情況與實際地形的分布情況之間具有一定的聯(lián)系，在比較完整的地層中，由于地形結(jié)構(gòu)中沒有地質(zhì)構(gòu)造帶以及采空區(qū)時，K電阻率呈現(xiàn)比較平滑的表現(xiàn)特征。而在地下水蓄積的地區(qū)，K電阻率的分布具有明顯的相對低阻特征，這主要是由于電離作用與水的流動性的影響，在采空塌陷區(qū)與采空區(qū)中，采空區(qū)積水時電阻率與圍巖相比較低，在K電阻率的反映上呈現(xiàn)出低阻反應(yīng)的特征，因此可以結(jié)合瞬變電磁低阻異常區(qū)來確定采空區(qū)積水的分布位置和范圍。

3 工程實例

（1）工作面位置。某礦25010工作面位于25區(qū)北翼，工作面上臨21070工作面采空區(qū)，下臨25030工作面采空區(qū)，南部為25大巷。工作面標(biāo)高+224m～+282m，地面位于馬頭山東部，地形為山脊坡地，地面等高線變化大，陡坎較多。地面標(biāo)高為+750～+800，工作面掘進對地面無影響。

（2）水文地質(zhì)概況。砂巖裂隙含水層屬孔隙裂隙承壓水，是二1煤層頂板直接充水含水層，此含水層含水性弱，透水性差，且極不均一。太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層是二1煤層底板直接充水含水層，巖溶裂隙不發(fā)育，含富水性較弱而不均一，以靜儲量為主。奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層上距為二1煤層底板間接充水含水層，補給徑流條件好，導(dǎo)水性，富水性強弱不均。25010工作面上巷穿過21070采空區(qū)，由于21070采空區(qū)積水未進行探放作業(yè)，且21070工作面下巷密閉口處一直有8m3/h的水量，初始預(yù)計僅局部低洼巷道內(nèi)有積水，因此25010工作面上巷掘進期間對上部21070工作面局部積水的探放是防治水工作的重點之一。

（3）施工方法。本次超前探測采用加拿大GEONICS公司生產(chǎn)的TEM-47（增強型）瞬變電磁儀，采用偶極方式布線，基本頻率25HZ，關(guān)斷時間100us，發(fā)射線圈為1mx1m的112匝方形線框。

（4）施工位置。共計進行瞬變電磁超前探測2次。第一次施工位置位于開口位置。第二次施工位置位于羅3點向里10m。

（5）結(jié)果分析。由于21070工作面位于掘進巷道上部，為了查明采空區(qū)積水的位置，實際探測時，布置15°仰探線、30°仰探線2條測線，每條測線由左30°～右40°，間隔10°一測，對采集的測點數(shù)據(jù)進行電阻率與深度轉(zhuǎn)換，得到地下各深度地層的K電阻率信息，繪制K電阻率對數(shù)值擬斷面圖，依據(jù)地下電阻率對數(shù)的分布特征對異常進行分析（見圖1、圖2）。

圖1 第1次瞬變電磁探測視電阻率對數(shù)值擬斷面圖

從圖1縱向上看，斷面圖垂向上由近至遠基本為“高-低”的K型地電斷面特征。從橫向上看，K電阻率對數(shù)值由左向右逐漸變小的趨勢，因此得出探測前方50m以遠，正前-右30°范圍為1低阻異常區(qū)，且采空區(qū)積水向右側(cè)積聚。

圖2 第2次瞬變電磁探測視電阻率對數(shù)值擬斷面圖

從圖2縱向上看，斷面圖垂向上由近至遠基本為“低-高-低”的K型地電斷面特征。從橫向上看，K電阻率對數(shù)相對低阻值右側(cè)比左側(cè)更靠近掘進正頭，因此得出探測前方50m以遠，正前-右30°范圍為1低阻異常區(qū)，且采空區(qū)積水右側(cè)比左側(cè)更靠近正頭。

（6）驗證情況。根據(jù)2次瞬變電磁探測結(jié)果，礦方設(shè)計6個探放水鉆孔，各孔施工情況如下。

表1 瞬變電探測結(jié)果

1# R7 24 36 35 33 0.2孔口有臭雞蛋氣味，為H2S氣體。2# R4 23 35.5 35 31 0.4 3# 0 22 35 35 32 0.4 4# R24 19 43 43 43 20 5# R25 18 47 46 45 15 6# R24 17.5 46 46 40 22

根據(jù)上表可知4#、5#、6#三個鉆孔實現(xiàn)了疏放水，疏放水量上萬立方米，且積水位置偏右側(cè)，與2次瞬變電磁成果基本吻合，應(yīng)用效果良好。

4 結(jié)論

實踐表明，瞬變電磁法對采空區(qū)積水反映明顯，依據(jù)K電阻率對數(shù)值差異可分辨掘進巷道前方采空區(qū)。依據(jù)電性標(biāo)志層特征變化圈定的采空區(qū)范圍與鉆孔驗證結(jié)果一致，得到了與劃分的異常區(qū)基本一致的分析結(jié)果。在勘探與分析過程中通過對采空區(qū)勘察的分析能夠看到瞬變電磁法基本上屬于正確的檢測方法，在以后類似探測中可以作為重要的參考依據(jù)，能夠有效檢測出采空區(qū)積水深度與范圍。