瞬变电磁超前探测在煤矿生产中的应用

2020-09-08张晓艳

山西化工 2020年4期

张晓艳

(山西煤炭运销集团野川煤业有限公司，山西高平 048400)

近二十年来，多种地球物理勘测技术与方法在煤矿生产中得到广泛运用，其中如何能准确探测出掘进迎头及工作面周围不良地质体和水害的分布情况，对于煤矿的安全生产具有重要作用。以电法中的瞬变电磁法为例探讨该方法在煤矿生产过程的应用，尤其是对探测煤层、煤层采空区、塌陷区、充水区等区段有效性的探讨。

瞬变电磁法是电法勘探的一种，最早始于上世纪50年代，主要进行仪器的测试和研究，上个世纪80年代真正投入生产中。相对于常规电法而言，其探测深度、分辨率、数据有效性等都有大幅的提高。我国自上世纪70年代开始对其进行研究，随着技术快速发展，上世纪80年代，在勘查中得到相对广泛的应用。相对于其他地球物理方法而言，TEM具有探测深度大、分辨率高、信息丰富等优点，在地下水勘测中取得很好的效果[1]。

1 地质概况

山西煤炭运销集团野川煤业有限公司位于太行山背斜中南段西翼、沁水盆地东南边缘，井田面积10.585 3 km2，生产规模90万t/a，斜井开拓。受局部构造影响，矿区内发育有幅度不同的波状褶皱构造，倾角在2°～6°。西、南边界附近发育一条流向由北向南转东西向的季节性河流，该河流于一采区回采工作面开切眼附近地表处穿过，由于回采造成的地表岩移裂缝、陷坑，在洪水期可能造成一定程度的流水渗入。

2 瞬变电磁法基本原理

1) 依据：该矿沉积地层之间存在明显的电性差异是勘测的基础。煤层主要存在石炭～三叠地层中，埋藏深度在200 m～600 m。当煤层被采空后，地下水容易沿地层裂隙等导水通道进入采空区，导致该区域探测出的电阻率相对较低；与此相对应的，在多测道二次电位剖面图上表现为高值异常特征。这种岩性电性差异为探测提供了前提和依据[2]。

2) 原理：瞬变电磁法是通过使用不接地回路或接地源将初级脉冲磁场发射到地下，并且在初级脉冲磁场的间歇期间借助线圈或接地电极来观察二级感应涡流场。通过研究其时间与空间的分布规律，分析其电阻率的不同，来解决地质问题的时间域电磁法。如图1所示，本次勘测采用武汉安矿科技有限公司生产的YSC256矿用本安型瞬变电磁仪，主要包括发射组合接收组两部分，同步过程主要采用光藕合连接，数据接收主要通过电场藕合。能自动记录相关测量数据，可完成数米至数十米超浅部深度探测。

图1 超前勘测原理示意图

3 瞬变电磁法应用分析

3.1 瞬变电磁法测点布设

为满足勘测工作需要，本次测点布置于3205轨道顺槽开口处迎头，由于工作面空间狭小，勘测采用边长1.5 m的多匝重叠回线装置，共布置三条测线，垂直于控制顶板、底板及前方的含水构造。探测角度分别为+30°、-30°。测点位置由米尺量，符合探测规范要求。在等值线图上，规定上方、左方的刻度为正，下方、右方的刻度为负，如图2所示。