扇形探测技术在矿井瞬变电磁物探工作中的应用

2022-04-02王培森

山西冶金 2022年1期

王培森

（山西高平科兴云泉煤业有限公司，山西高平 048400）

煤矿智能化的发展离不开对工作面内地质灾害情况的预知预判。如果无法准确查明。如果在井下回采或巷道掘进过程中遇到断层、陷落柱裂隙等构造带时，会导通含水层。这些煤矿富水异常区域则会导致局部突水，甚至是大面积突水容易造成局部突水或大面积突水。因此，如何有效地提高超前预报工作面顶底板含水区域的准确性是煤矿地测防治水安全工作的重点，也是防治突水水害的先决条件。

矿井瞬变电磁勘探法是煤矿广泛采用的一种物探方法，可以对回采工作面内部及掘进工作面前方的水文地质情况进行超前探测，具有占用空间小、探测距离长、准确率高、施工流程简单的优点。本文从电磁物探测的施工布置、测量方式以及角度处罚，对扇形探测技术进行了研究。

1 矿井瞬变电磁法超前探测技术

矿井瞬变电磁法，英文简称为MTEM，是一种在地下数百米深度巷道进行的无需直接接触的探测技术。该方法需在巷道迎头放置面积为S的发射天线，利用不接地回线向天线附近的巷道围岩发射一次电流磁场。由于介质的欧姆损耗，该次的感应电流将快速减弱，由它所产生出的磁场也随之衰减。通过这种不间断的磁场发射来实现对各种地质体的探查的目的。而瞬变电磁效应可看作为同时向外扩散的渐大电流环，形成“双烟圈效应”。

矿井瞬变电磁法受矿井巷道空间范围的影响较大，由于井下巷道普遍较为狭小，通常采用边长为1.5～2.5 m 的多匝小回线进行探测。

2 瞬变电磁物探的应用

2.1 瞬变电磁物探目的及探场布置

云泉煤业目前开采9 号煤，物探采用YCS1024矿用本安型瞬变电磁仪严格按照“物探先行、钻探验证、化探跟进”的综合探测手段对9109 运输顺槽工作面进行物探。本次物探主要探测巷道掘进头前方（或全侧方）100 m 范围内的断层、陷落柱、含水裂隙等局部异常地质体的位置及赋水性强弱。目的在于减少钻探工作量，提高巷道掘进效率，避免发生透水事故，确保巷道掘进安全。

为对异常区进行有效补充验证，物探探场布置见图1，巷道每掘进70 m 进行一次瞬变电磁物探。

图1 9109 运输顺槽物探探场布置示意图

2.2 物探施工方法及结果

有关本次瞬变电磁法勘探仪器采用的是中煤科工集团重庆研究院有限公司研发的YCS1024 矿用本安型瞬变电磁仪，探测装置形式采用多匝重叠回线装置，采样周期为25 Hz，叠加次数采取高叠加的64 次，发射线框采用多匝1.5 m×1.5 m 矩形回线，发射匝数10、接收匝数20。由于巷道迎头空间有限，传统的矿井瞬变电磁法的发射和接收线圈几乎尺寸将受到限制。故将采用扇形探测技术，即在多角度采集数据，测点布置见下页图2。测线沿掘进方向探测分水平和垂直两个方向扫描，水平方向扫描左右各50°范围，每10°一个测点，共11 个测点，垂直方向相似，扫描上下各50°范围，每10°一个测点，共11 个测点。

图2 测点布置示意图

3 超前探钻孔布置

3.1 9109 运输顺槽超前探钻孔布置

掘进工作面探放水采用ZDY-1200S 全液压坑道钻机，钻机可探深度为150 m。9109 运输顺槽钻孔设计布置说明：该工作面开口位于9 号胶带大巷1 851 m 处向南开口，向南25.5 m 处为轨道大巷，在掘进胶带大巷时，按照要求进行了探放水工作，故本次对胶带大巷与轨道大巷之间的联络巷不进行探放水设计，该设计起点为轨道大巷开口处，如图3 与表1。

图3 物探钻孔设计平面图

表1 9109 运输顺槽超前探钻孔表

3.2 9109 运输顺槽专用回风巷钻孔

探放水钻孔严格遵循单孔原则和《煤矿防治水细则》中的有关探放水钻孔规定，本掘进巷道北部为已掘巷道（9 号轨道大巷），间距20 m，在掘进过程中未发现涌水现象，故北部不做钻孔设计；其钻孔设计分别见表2。

表2 9109 运输顺槽专用回风巷钻孔表

需要注意的是，探放水钻孔严格遵循单孔原则和《煤矿防治水细则》中的有关探放水钻孔规定，因地质条件变化，钻孔深度大于或者小于设计要求时，按照终孔帮距不得小于20 m 的规定对探放水方位角及倾角进行调整，如遇地质构造特殊地段时，可进行短掘短探，制定专项方案。如遇物探异常区，根据各掘进工作面所处区域实际情况，结合地面物探异常区划定的积水范围，掘进至各异常区探水线时，在原有3 个钻孔基础上增加一个中眼孔，对物探异常区进行钻探；另附异常区钻探专项设计及图纸。