瞬變電磁超前探測(cè)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

張曉艷

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)野川煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400)

近二十年來，多種地球物理勘測(cè)技術(shù)與方法在煤礦生產(chǎn)中得到廣泛運(yùn)用，其中如何能準(zhǔn)確探測(cè)出掘進(jìn)迎頭及工作面周圍不良地質(zhì)體和水害的分布情況，對(duì)于煤礦的安全生產(chǎn)具有重要作用。以電法中的瞬變電磁法為例探討該方法在煤礦生產(chǎn)過程的應(yīng)用，尤其是對(duì)探測(cè)煤層、煤層采空區(qū)、塌陷區(qū)、充水區(qū)等區(qū)段有效性的探討。

瞬變電磁法是電法勘探的一種，最早始于上世紀(jì)50年代，主要進(jìn)行儀器的測(cè)試和研究，上個(gè)世紀(jì)80年代真正投入生產(chǎn)中。相對(duì)于常規(guī)電法而言，其探測(cè)深度、分辨率、數(shù)據(jù)有效性等都有大幅的提高。我國(guó)自上世紀(jì)70年代開始對(duì)其進(jìn)行研究，隨著技術(shù)快速發(fā)展，上世紀(jì)80年代，在勘查中得到相對(duì)廣泛的應(yīng)用。相對(duì)于其他地球物理方法而言，TEM具有探測(cè)深度大、分辨率高、信息豐富等優(yōu)點(diǎn)，在地下水勘測(cè)中取得很好的效果[1]。

1 地質(zhì)概況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)野川煤業(yè)有限公司位于太行山背斜中南段西翼、沁水盆地東南邊緣，井田面積10.585 3 km2，生產(chǎn)規(guī)模90萬t/a，斜井開拓。受局部構(gòu)造影響，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有幅度不同的波狀褶皺構(gòu)造，傾角在2°～6°。西、南邊界附近發(fā)育一條流向由北向南轉(zhuǎn)東西向的季節(jié)性河流，該河流于一采區(qū)回采工作面開切眼附近地表處穿過，由于回采造成的地表巖移裂縫、陷坑，在洪水期可能造成一定程度的流水滲入。

2 瞬變電磁法基本原理

1) 依據(jù)：該礦沉積地層之間存在明顯的電性差異是勘測(cè)的基礎(chǔ)。煤層主要存在石炭～三疊地層中，埋藏深度在200 m～600 m。當(dāng)煤層被采空后，地下水容易沿地層裂隙等導(dǎo)水通道進(jìn)入采空區(qū)，導(dǎo)致該區(qū)域探測(cè)出的電阻率相對(duì)較低；與此相對(duì)應(yīng)的，在多測(cè)道二次電位剖面圖上表現(xiàn)為高值異常特征。這種巖性電性差異為探測(cè)提供了前提和依據(jù)[2]。

2) 原理：瞬變電磁法是通過使用不接地回路或接地源將初級(jí)脈沖磁場(chǎng)發(fā)射到地下，并且在初級(jí)脈沖磁場(chǎng)的間歇期間借助線圈或接地電極來觀察二級(jí)感應(yīng)渦流場(chǎng)。通過研究其時(shí)間與空間的分布規(guī)律，分析其電阻率的不同，來解決地質(zhì)問題的時(shí)間域電磁法。如圖1所示，本次勘測(cè)采用武漢安礦科技有限公司生產(chǎn)的YSC256礦用本安型瞬變電磁儀，主要包括發(fā)射組合接收組兩部分，同步過程主要采用光藕合連接，數(shù)據(jù)接收主要通過電場(chǎng)藕合。能自動(dòng)記錄相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)，可完成數(shù)米至數(shù)十米超淺部深度探測(cè)。

圖1 超前勘測(cè)原理示意圖

3 瞬變電磁法應(yīng)用分析

3.1 瞬變電磁法測(cè)點(diǎn)布設(shè)

為滿足勘測(cè)工作需要，本次測(cè)點(diǎn)布置于3205軌道順槽開口處迎頭，由于工作面空間狹小，勘測(cè)采用邊長(zhǎng)1.5 m的多匝重疊回線裝置，共布置三條測(cè)線，垂直于控制頂板、底板及前方的含水構(gòu)造。探測(cè)角度分別為+30°、-30°。測(cè)點(diǎn)位置由米尺量，符合探測(cè)規(guī)范要求。在等值線圖上，規(guī)定上方、左方的刻度為正，下方、右方的刻度為負(fù)，如圖2所示。

圖2 開口處迎頭斜角±30°瞬變電磁成像圖

3.2 綜合分析

1) 在巷道左前方向上40 m～100 m處出現(xiàn)電阻率明顯降低的異常區(qū)域，可能由于采空區(qū)積水、局部裂隙節(jié)理發(fā)育造成，導(dǎo)致煤層潮濕所致，不排除導(dǎo)水構(gòu)造的可能性，需配合其他探測(cè)手段驗(yàn)證。

2) 在巷道左前方向上30 m～80 m處出現(xiàn)電阻率明顯降低的異常區(qū)域，可能由于采空區(qū)積水、局部裂隙節(jié)理發(fā)育造成，導(dǎo)致煤層潮濕所致，不排除導(dǎo)水構(gòu)造的可能性，需配合其他探測(cè)手段驗(yàn)證[4-6]。

3) 在巷道左前方向上30 m～90 m處出現(xiàn)電阻率明顯降低的異常區(qū)域，可能由于采空區(qū)積水、局部裂隙節(jié)理發(fā)育造成，導(dǎo)致煤層潮濕所致，不排除導(dǎo)水構(gòu)造的可能性，需配合其他探測(cè)手段驗(yàn)證。

3.3 鉆探驗(yàn)證

為驗(yàn)證瞬變電磁法結(jié)論的準(zhǔn)確性，本礦采用 ZYJ-700/250型鉆機(jī)在3205軌道順槽開口處迎頭進(jìn)行鉆探，完成鉆探孔3個(gè)，技術(shù)參數(shù)及涌水情況，如表1所示。

表1 鉆孔技術(shù)參數(shù)及涌水情況表

根據(jù)鉆孔資料，分析得知該處前方存在采空區(qū)積水，驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)野川煤業(yè)有限公司采用YSC256礦用本安型瞬變電磁儀，探測(cè)出了3205軌道順槽開口附近賦水情況，并通過鉆探方式進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)該區(qū)域?qū)儆诜e水采空區(qū)，為提前采取防范措施，進(jìn)行科學(xué)決策提供了技術(shù)支撐，有效保障了礦工的生命安全，避免了事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)的目的。