礦井瞬變電磁法探測在煤礦中的應(yīng)用

摘 要：探討了礦井瞬變電磁法探測技術(shù)在查明巷道迎頭前方采空區(qū)、斷層裂隙以及陷落柱的富水性時的應(yīng)用。由實例分析可知，該法效果顯著，為煤礦安全開采提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：礦井瞬變電磁法；采空區(qū)；斷層裂隙

1 前言

眾所周知，煤炭在我國能源利用中占主要地位，但在煤礦生產(chǎn)中，事故的發(fā)生率也十分高，因此在煤礦開采前，探明煤礦開采區(qū)的富（含）水性對于能否安全生產(chǎn)具有重要的意義。

近年來，礦井瞬變電磁探測在煤礦生產(chǎn)中利用的越來越多，它主要利用瞬變電磁場的全空間效應(yīng)。一般情況下，煤層相對于其它巖性地層具有相對高阻的特征，易于電磁波的通過，因此接收的信號能反映周圍全空間的巖石電性特征。礦井瞬變電磁探測具有對地下介質(zhì)電阻率變化進行精確勘探的優(yōu)越性，受地形影響小，穿透低阻覆蓋層的能力強，探測深度大，目前，該方法已廣泛應(yīng)用于進行煤層頂、底板含水性評價、煤層陷落柱、斷層及裂隙發(fā)育帶的導(dǎo)水性含水性評價等勘探，從而為巷道的安全掘進提供詳細的地質(zhì)資料，為煤礦安全生產(chǎn)提供依據(jù)。

2 礦井瞬變電磁法應(yīng)用原理及工作裝置

瞬變電磁法（TEM）是基于地層存在的電性差異，利用不接地回線向地下發(fā)送一次脈沖電磁場，用不接地線圈觀測二次渦流磁場或電場進行勘探的方法，以此研究測區(qū)地電層結(jié)構(gòu)，尋找地下低阻目標(biāo)體。瞬變電磁法（TEM）主要是根據(jù)目的層與圍巖物性差異的大小來決定勘探方法的可行性。我們都知道，一般情況下，在橫向上，沉積地層的電性是均一的或變化不大。當(dāng)存在富水性的斷層構(gòu)造或其它良導(dǎo)電地質(zhì)體時（如斷層破碎帶富水、裂隙、陷落柱等）時，水的流動性及電離作用，會導(dǎo)致電阻率呈現(xiàn)低阻特征，電阻率將會明顯低于圍巖的電阻率，這為利用TEM探測導(dǎo)水?dāng)嗔鸭巴ǖ捞峁┝藯l件。

礦井礦井瞬變電磁法經(jīng)常使用的工作裝置形式主要有重疊回線和偶極-偶極兩種。其裝置類型和參數(shù)的選擇主要受目的物的特性、地質(zhì)環(huán)境及電磁噪聲干擾等因素的影響。測點間距一般在2～20m之間；回線邊長大小和回線匝數(shù)可根據(jù)探測任務(wù)的要求和井下實際人文設(shè)施情況合理選擇。

3 工程實例

3.1 迎頭前方廢棄巷道探測實例分析

該礦區(qū)位于山西臨汾，礦區(qū)地層發(fā)育較全，除奧陶系上統(tǒng)、志留系、泥盆系、石炭系下統(tǒng)和中統(tǒng)缺失外，其余時代的地層都有分布，近年來，由于小煤礦的無規(guī)律開采導(dǎo)致老巷形成的積水區(qū)或構(gòu)成導(dǎo)水通道對該礦的安全生產(chǎn)帶來了隱患，因此在回采工作面前對掘進巷道迎頭前方是否存在采空積水區(qū)進行探測很有必要。此次瞬變電磁法勘探采用重疊回線裝置，多匝2m×2m矩形回線，發(fā)射40匝，接收線框50匝，發(fā)射電流3～4安培，采樣時窗為1～34，疊加次數(shù)64，時間采用標(biāo)準(zhǔn)時間序列，可以實現(xiàn)有效探測距離約20～110米。圖2為礦井瞬變電磁采用上述方法技術(shù)獲得的視電阻率扇形等值線圖。

從圖1中可知，在巷道迎頭正前方50～60米的范圍內(nèi)存在相對低阻異常區(qū)，可解釋為低阻地質(zhì)異常體的響應(yīng)。

經(jīng)過對掘進迎頭進行現(xiàn)場驗證，其前方存在一條空巷，其空巷不含水，其顯示低阻異常可能受其巷道內(nèi)金屬體影響顯示低阻異常。

3.2 迎頭前方斷層構(gòu)造探測實例分析

由地震資料可知，山西什林煤礦某巷道迎頭前方約25米處存在一落差40米的斷層構(gòu)造。為了探測該斷層構(gòu)造的富含水性，在迎頭進行超前探測，以便為巷道的安全掘進提供物探資料。本次勘探使用澳大利亞產(chǎn)TERRATEM型儀器。該儀器是目前最先進的輕型專業(yè)TEM儀器之一，具有采樣自動化程度高、壓制干擾能力強、實時監(jiān)控等特點，數(shù)據(jù)采集由微機控制，自動記錄和存儲，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)回放。

圖2顯示在巷道迎頭正前方約30-900米處視電阻率等值線存在擾動，電阻率相對較大，可解釋為斷層構(gòu)造的反應(yīng)。電阻率相對較大，說明富含水性較弱。

經(jīng)礦方驗證，在巷道掘進20m位置出現(xiàn)斷層，正前方偏右有流沙現(xiàn)象出現(xiàn)，土性偏濕，與顯示低阻異常區(qū)反應(yīng)相吻合，高阻為斷層反應(yīng)。

3.3 巷道迎頭陷落柱探測實例分析

眾所周知，在山西省地層中，奧灰?guī)r分布廣、厚度大、富水性強并且距下組煤很近近，因而在多數(shù)情況下使下組煤底板承受較大的水壓，當(dāng)水壓達到一定程度后，就要發(fā)生底板突水。如果煤層底板下承壓含水層的富水性很強，水壓很高并且導(dǎo)水通道斷面大而通暢時，就會發(fā)生大或特大的水害事故。并且許多重大奧灰突水多與導(dǎo)水陷落柱有關(guān)。故為了有效預(yù)防在掘進過程中陷落柱的坍塌以及含水可能造成的危害，在開采前利用瞬變電磁法進行超前探測很有必要。如圖4即在山西某礦進行的瞬變電磁探測陷落柱的成果圖，因其左幫30m位置有一個平行的巷道，故只探測巷道迎頭至右?guī)偷乃牡刭|(zhì)情況，主要探測巷道前方的構(gòu)造及含水情況。

從圖3中可以看出，在迎頭90°至右?guī)?0°方向上70m至100m位置呈低阻異常反映，推斷可能為水文地質(zhì)異常，建議在異常區(qū)位置進行打鉆驗證，判斷是否為地質(zhì)構(gòu)造的存在。礦方根據(jù)異常區(qū)驗證情況存在陷落柱構(gòu)造，其構(gòu)造被泥阻的泥巖介質(zhì)充填，異常區(qū)顯示低阻異常反映。

4 結(jié)束語

通過我們利用瞬變電磁法超前探測為幾個礦區(qū)治理水害服務(wù)的實踐證明，瞬變電磁法超前探測不僅對巷道迎頭采空區(qū)積水性效果顯著，而且對斷層構(gòu)造的富（含）水性和巷道迎頭陷落柱也有良好的效果，為巷道的安全掘進提供了詳細的地質(zhì)資料。

參考文獻

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作者簡介：高銀花（1979-），女，本科，現(xiàn)在中國煤炭地質(zhì)總局普查隊礦產(chǎn)普查與勘探工作。