矿井瞬变电磁法密集角度探测应用研究

樊林林

（晋煤集团技术研究院 物探工程分公司，山西 晋城 048000）

矿井瞬变电磁法密集角度探测应用研究

樊林林

（晋煤集团技术研究院 物探工程分公司，山西 晋城 048000）

为了避免工作面回采过程中形成突水威胁，在工作面形成通风系统后，通过采用矿井瞬变电磁法对工作面内部及顶部区域进行富水性探测，为下一步工作面探放水工作圈定目标区域。对晋城煤矿XV3307工作面重点关注区域及层位采用密集角度进行探测，结果表明：矿井瞬变电磁法密集角度探测，对采空区及富水区的富水性探测具有较好效果。

矿井瞬变电磁法；回采工作面；密集角度探测；探放水

矿井水害是煤矿生产中经常遇到的地质灾害和制约煤矿安全生产的主要因素之一[1]，开展井下隐蔽致灾构造超前探测对于矿井水害防治具有重要意义[2-4]。由于对水反应敏感矿井瞬变电磁法，目前在国内各大矿井防治水工作中得到了广泛应用。

1 物性前提

不同地层电性分布规律不同是瞬变电磁法探测的物性前提。煤层与其顶底板岩层岩性不同，电性分布规律自然也不同。在自然沉积状态下，纵向上各沉积层层序分明，其导电性有特定的规律性，而在横向上同层沉积均一，其导电性也较一致。在构造及岩层破碎地带，有空隙存在，导电性差，表现出局部高阻；若这些空隙中含水，会使导电性提高，表现出局部低阻。即如果存在断层、裂隙带和陷落柱等地质构造时，无论其含水与否，都会表现出与正常岩层不同的导电特性。因此，通过瞬变电磁法可以有效地确定这些构造及富水区域，为矿井防治水害提供预报。

2 探测原理

瞬变电磁仪是利用接地线源或不接地回线向地层发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。探测时由发射线圈发射电流，在探测区域激发电磁场，随即断电，使周边煤岩层中产生感应电流，再由接收线圈接收。由于煤岩层岩性及含水性不同，相应的导电性也不同，接收线圈接收到煤岩层反馈的信息，处理反演后即可反映煤岩层构造及富水情况。煤岩层中的感应电流随时间衰减，早期衰减较快，趋肤深度小，晚期衰减慢，趋肤深度大。为探测更深的深度，后期数据处理时一般采用晚期数据进行反演。瞬变地磁法密集角度探测，由于探测角度多，可以获取丰富的数据，减少后期成图过程中数据差值对探测结果的影响，因此可以提高探测准确性和精度。

3 应用实例

晋城某矿XV3307工作面位于15号煤，底板为本溪组铝质泥岩和峰峰组石灰岩，比较稳定。在该工作面周边及上方相距30 m的9号煤分布有情况不明的小窑，因此对工作面内部顺层及顶板进行密集角度探测。使用仪器为YCS160矿用瞬变电磁仪，在工作面两条巷道中每10 m布置一个测点。每个测点探测7个方向，分别为顺层0°、顶板15°、顶板30°、顶板45°、顶板60°、顶板75°、顶板90°，具体布置角度见图1。

图1 探测角度示意图

通过数据处理、反演计算和成图，形成XV3307工作面不同高度电阻率平面图。图2为顶板30 m切片平面图，图中横坐标0点对应于巷道切眼，纵坐标轴为沿探测方向的距离，横坐标轴对应巷道测线。图中不同色标表示不同的视电阻率值，由冷色调到暖色调视电阻率值逐渐升高，即由蓝色到红色表示视电阻率不断升高。

图2 顶板30 m切片平面图

从图2中可以看出，XV3307工作面顶板30 m切片图中大致分为4个低阻异常区和3个高阻异常区，分别命名为低阻异常1～4，高阻异常1～3。低阻异常1中距切眼180 m～230 m范围内XV3210巷顶板有不同程度的淋水，推测距切眼180 m～250 m内富水可能性较大。低阻异常1被局部相对高阻分为两部分，该相对高阻为巷道掘进过程中揭露的小窑巷道。低阻异常2和低阻异常3位置靠近XV3213巷，该巷道较XV3210巷地势低，分析低阻异常2及低阻异常3富水可能性较大。低阻异常4位于整个工作面地势最低处，且距切眼720 m～730 m处有淋水现象，分析认为650 m～750 m处富水可能性较大。高阻异常1～3推测为上层采空区，可能有积水。

图3为XV3307工作面探放水设计图。XV3213巷和XV3214巷各设3个钻场，共计6个钻场，各钻场钻孔设计方向见图3。各钻场钻孔情况（略）。

顶板30 m瞬变电磁法探测视电阻率切片平面图与探放水成果图叠加见图4。

图3 XV3307工作面钻孔设计图

图4 瞬变探测结果与探放水成果叠加图

6个钻场共35个钻孔，其中出水11个。11个出水孔中，1号钻场4号钻孔、3号钻场7号钻孔、4号钻场4号钻孔和6号钻场4号钻孔及加6号钻孔出水点均在工作面探测范围以外，但其都在视电阻率值逐渐变大趋势范围内。3号钻场2号、3号和4号位于局部相对高阻范围，钻孔出水量少，并在较短时间内流量变为零。2号钻场5号钻孔出水点位于低阻异常2内，5号钻场1号钻孔和7号钻孔出水点分别位于高阻异常3和高阻异常2内。

通过上述统计可看出，出水点大多分布在高阻区域附近，经分析，认为是由于采空区内积水相对于采空区整体容积比例较小引起的。因此，在探测采空区时，除了要重点关注低阻区域外，高阻区域也应该是关注的重点。

4 结束语

结合矿井瞬变电磁法探测结果和实际探放水结果，得出以下结论：1）密集角度探测可有效识别小窑巷道，对未知小窑及空巷探测有重要意义。2）采空区探测过程中要高度关注高阻异常区。不仅低阻异常区可以含水，高阻异常也可以含水，特别是周边存在采空区，往往会在采空区内富集老空水，但在阻值上反应为相对高阻区域。3）井下瞬变电磁法数据处理及成图过程中，两数据点间无数据时是通过差值来完成成图的，若数据点间隔间存在异常体，则成果图中将会漏掉该异常区域。因此，在条件允许的情况下，尽量采用密集角度探测。

[1]韩建光,田颖,张宁.矿井物探技术在煤矿水害预测中的应用[J].高校理科研究,2009(22):70,72.

[2] 李文峰.矿井物探在煤矿防治水中的应用[J].河北煤炭,1999(SI):38-39.

[3]刘树才,岳建华,刘志新.煤矿水文物探技术与应用[M].徐州:中国矿业大学出版社,2006:31-87.

[4] 李玉宝,王邦成,孙吉益.矿井物探技术的应用及效果[J].河北煤炭,1999(11):43-44.

[5]张军,赵莹,李萍.矿井瞬变电磁法在超前探测中的应用研究[J].工程地球物理学报,2012,9(1):49-53.

[7]岳建华,姜志海.矿井瞬变电磁探测技术与应用[J].能源技术与管理,2006(5):72-75.

（编辑：李森森）

Application of Transient Electromagnetic Method in Intensive Angle Detection

FAN Linlin
(Geophysical Engineering Branch,Institute of Technology,Shanxi Jincheng Anthracite Group,Jincheng 048000,China)

To avoid water bursting in the caving process,after the ventilation system formed,transient electromagnetic method was used to detect the water abundance in the working face and roof areas so as to delineate the target area for the next work of water exploration.The exploration with intensive angle detection technology on focus areas and layers of the XV3307 working face shows that the intensive angle detection with the transient electromagnetic method has ideal effects on the water abundance detection in mined-out areas and water-rich areas.

transient electromagnetic method;cavingface;intensive angle detection;water exploration

P631.325

A

1672-5050（2016）04-012-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.08.004

2015-08-17

樊林林（1984-），男，山西临汾人，硕士，助理工程师，从事地球物理方法技术研究与应用工作。