矿井瞬变电磁法在五家沟煤矿采空区探测中的应用研究

孙伟 薛江 穆晓强

摘 要：介绍了矿井瞬变电磁法的基本理论及工作方法，论述了矿井瞬变电磁法在五家沟煤矿巷道超前探测上部采空区的有效性。主要总结了矿井瞬变电磁对采空区的特征反映。通过实例证明矿井瞬变电磁法可以很好地满足矿井巷道超前探测的要求，对五家沟煤矿的安全掘进具有很好的指导意义，为五家沟的矿井防治水害提供了可靠依据。

关键词：瞬变电磁法;采空区;巷道超前探

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.054

1 引言

许多突水例子证明，矿井突水是一种复杂的地质及采动影响现象，其中尤以老空水危害最大，其具有短时水势迅猛、冲击力大，破坏性极强的特点，一旦发生对矿井建设和人员生命安全都有极大危害。目前较为常用的方法主要包括直接的钻探勘探和间接的物探勘探两种手段，但是钻探成果虽然可靠，但是其效率低、成本高，而且对于富水范围无法精确确定。而矿井瞬变电磁作为主要的井下物探手段之一，由于其方法本身技术特点可以在迎头前方进行多角度、全方位探测，在采空区探测方面是目前应用最广的井下物探手段之一。

2 基本原理及工作方法

2.1 基本原理

矿井瞬变电磁法的勘探原理与地面方法一样，都是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。但是不同的是，矿井瞬变电磁是全空间相应（图1），其来自于回线平面两侧的地层。

2.2 工作方法

受巷道空间限制，矿井瞬变电磁法多采用1.5m*1.5或者2m*2m多匝小回线。在实际探测中可以根据探测任务进行多方位探测（既可以用于掘进头前方，也可以用于巷道侧帮、煤层顶底板探测等）。而在掘进工作面迎头进行超前探测时，可以按照与迎头前方不同夹角进行扇形扫面（见图2），从而形成对迎头左帮、正前方、右帮的探测。同时还可以在顺层超前探的基础上，改变线框水平夹角实现对煤层顶、底板的探测（见图3）。

3 实例分析

老空水突水一直是煤矿透水事件中伤亡率最高的，故我公司专门在已知的存在采空区积水的巷道段做了试验分析，并且成功预测了2处老空积水地段。通过总结分析，采空积水区的判断主要结合地质和物探成果共同确定。采空积水段的视电阻率都较低;对于小窑采空区，等值线往往会表现为低阻圈闭的特征。

（1）图4为五家沟煤矿1510主运顺槽掘进至100m、180m、260m以及340m处的施工点位示意图，1510主运顺槽旁侧30m外存在5100已回采工作面采空积水区;图5为对应的各个地段的顺层解释断面成果图。可以看出在100m处的物探成果上显示巷道前方视电阻率变化均匀，等值线成层变化无明显的高阻或低阻的扭曲变形特征，而掘进至180m以后物探成果断面显示左帮出现大片低阻异常，同样在260m处和340m处都存在类似异常，异常范围和幅值都相近均为采空区的特征反映。

（2）图6為五家沟煤矿西翼主运顺槽老空积水的特征断面，该巷道掘进前方缺乏地质资料，经过调查其上方存在多个关闭小窑，本次勘探成果显示，迎头前方和顶部方向存在明显的低阻圈闭，并且视电阻率小于30欧姆米，为明显的含水特征，根据以往工作经验，前方富水性较强，但是与前述的断层强富水特征有所差别，故分析为老空积水，后经打钻验证，迎头前方顶板30°方向在40m处见空，与物探成果吻合。

4 结语

通过实例，可以看出矿井瞬变电磁法具有探测范围大、含水异常定性准确的优点，尤其是在老空水探测方面具有得天独厚的优势。另外，通过长期勘探，对不同发育特征的采空区其电性特征也有总结，虽不一定具有通用性，但对于五家沟本矿区确有一定的指导意义。

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作者简介：孙伟（1986-），男，陕西米脂人，硕士，物探工程师，从事物探电磁法工作。