瞬变电磁法在采煤工作面底板富水性探测中的应用探析

高冬冬

（晋能控股煤业集团晋城煤炭事业部晋圣公司，山西 晋城 048000）

引言

我国煤炭有着十分复杂的水文地质条件，在开采煤矿之前开展相应的探测工作对防治水工作有着十分重要的作用。本文研究采取瞬变电磁仪来进行探测，并对巷道底板之内100 m 进行分析，判断岩层之中存在的电性差别，并基于此来得出疑似富水异常区，从而实现工作面的防治水工作，以避免回采阶段出现底板水害，确保回采工作的正常进行，最终实现工作面的安全。

1 瞬变电磁技术原理

如图1 所示，为地下全空间探测，当发射线圈之中突然出现了电流断开的问题，地下介质内将会出现一种二次涡流场，以确保原有磁场的存在。该涡流场之中有多个层壳的环带型，其极大值会依照相应的方向来进行传播，当其所处的阶段不同，所形成的深度及范围也各不相同。二次涡流场的表现与地下介质之中所存在的电性有着十分密切的关系。与相同类型的岩层相对比，岩层过于完整之时，视电阻率的数值一般都较高，而所对应的涡流场较弱；而岩层富水阶段之中，视电阻数值通常较低，所对应的涡流场相对较强。因此，通过认真观测二次涡流场的变化情况，可以对地下介质之中所存在的视电阻率值进行充分的把握，从而对低阻异常地质体进行有效的探测[1]。

图1 工作面概况图

瞬变电磁法依据地质的内部结构或地下水的差别来对地质及水文地质进行间接判断，在矿床的水文地质勘测之中有着广泛的应用，可以对充水水源、涌水通道等各类地质问题进行详细探查。

在瞬变电磁法之中，偶极工作的分布具有极高的精确度，有助于巷道条件之下的作与取，因此，对于此工作面可以采取偶极工作的方式，其方式的布置，如图2 所示。

图2 工作面概况图

2 研究区域概况

本研究所选择的煤矿区域为9#煤层首次开采的工作面，其长度、宽度分别为1 759 m 和300 m，区域面积为52.77 m2，煤层保持9°的倾斜角度，里段之内850 m 处的工作面是本研究所选择的瞬变电磁探测区域。从整体上讲，工作面的形状表现为凹字形，南北两侧均处于高地位，东坡向斜之处的地势相对较低，其海拔的最高值和最低值分别为1 154 m 和1 007 m，埋深大约为270 m。煤层的伪顶、直接顶、直接底分别为碳质泥岩、厚层状砂岩和灰黑色砂质泥岩。探测区域的地质条件十分复杂，该区域的开采工作属于带压性，其生产状况有着极大的变化，发育状况属于中小型的断层；东坡向斜则需要由探测区域之内来进行穿过，其影响范围极大，轴部区域之内常常存在较多的破碎地层，会将底板隔水层的功能造成削弱。工作面概况，如图3 所示。

图3 工作面概况图

奥灰含水层与9#煤层之间相距90 m，这一煤层属于间接性的充水层，不具有较强的富水性。探测区之中的奥灰水位及其底板承受的水压分别为1 057 m和1.2 MPa。水文地质柱状图，如图4 所示。

图4 测区水文柱状图

3 工程布置

分别在主运顺槽设立相应的辅运顺槽，在切眼部位分别设计四条测线，即分别朝向工作面内部的顺煤层测线、30°俯探线、60°俯探线和底板垂探线；主、辅顺运漕的测线均为850 m，测点之间的距离为10 m，每一条测线上包含了85 个测点，其中物理点共有340 个；切眼有300 m 的测线长度，各个测点之间的距离为10 m，每一条测线上包含了30 个测点，其中共有120 个。详见图5 和图6 所示。

图5 瞬变电磁探测示意图

图6 瞬变电磁测点布置示意图

4 成果分析

4.1 资料解译

瞬变电磁勘探的资料处理及解释是需要同步进行的，这是一个相互合作的过程，可以完成一个高度的提升。资料的解释工作是基于资料处理环节之后所取得的视电阻率的断面图和切片图，依据所得到的相关示意图，依据图件之中的电性分布状况，与探测区域之内水文地质的实际状况相结合，得到相关的分布信息，对富水区域层位进行有效的鉴别，为煤矿实施防治水提供有效的建议[2]。

4.2 侧线视电阻率剖面图成果

本研究中工作面之中存在的瞬变电磁底板经过探测得到的诸多数据，在经过了一系列的处理之后得到相应的剖面图，并且对其中12 条测线之中的视电阻剖面图进行有效的分析，取得其在不同部位的切片，并依据这些切片来得到最终的成果图。

成果图显示，在探测区域之内有较多的区域都存在极高的电阻率，k 电阻率的数值大于1，只有一些区域才会出现较为强烈的低阻，其数值小于0.4。在辅运顺槽的探测线剖面之内，底板之内的垂探线及其内侧角度为30°俯探线之内的某段区域之内30 m 的深区域之中的k 电阻率数值均低于0.4，并且低阻区域的部位及形态保持一致性，存在较高的可靠度；在主运顺槽线的剖析面之中，底板的垂探线、内侧角度为30°和60°俯探线之内的某段区域之内45 m 的深区域之中的k 电阻率数值均低于0.4，并且低阻区域的部位及形态存在较高的一致性，具有极高的可靠性。

4.3 侧线视电阻率剖面图成果

与相关的资料进行对比分析，将电阻率的数值处于0.4 Ω·m 以下的区域成为低阻异常区，共划出了两个区域，瞬变电磁低阻异常区分布图，如图7 所示。

图7 瞬变电磁低阻异常区分布图

1#低阻异常区：从平面上，该区域处于JYF18 之内的12 m～65 m 之间，并逐渐向工作面进行延伸，与东坡向斜的轴部来相互接近；从垂直向上，该区域位于底板之下的30 m 处，区域之内的视电阻率数值较低，并且逐渐向深部进行延伸，对东坡向斜产生了一定的影响，对该影响进行分析，其原因在于岩层破碎，具有一定的富水性。

2#低阻异常区：从平面上看，该区域处于JYZ21之内的10 m～15 m，并逐渐向工作面进行延伸，整体上呈现出条带状，与Fs117 断层之间形成了十分紧密的贴合，并与其维持一定的平行；从垂直向上看，该区域处于底板的45m 指出。区域内的视电阻率数值相对较低，对Fs117 断层会产生较大的影响，对其进行分析发现将会形成次生隐伏断层。

5 结语

1）在本文所开展的研究中，工作面的任务量需要依照其水文地质条件来进行调整，最终将探测区域明确为处于850 m 以下的区域。

2）由于瞬变电磁探测法会受到较多因素的影响，如管路、铁轨等，因此，在实施探测的过程中应保持停电状态，尽可能避开积水区，以提升探测的精确度。

3）探测工作的结果会受到地质及人为因素的影响，因此在对数据进行处理的时候应当尽可能清除其中的干扰项目，对切面实施综合分析。