瞬變電磁法物探技術(shù)在吉安煤業(yè)的應(yīng)用

孫偉利

摘要：吉安煤業(yè)由耀南、耀東、耀北和中豐煤業(yè)4處礦井和新增區(qū)資源整合而成。兼并重組前原礦井均開采3號煤層，大面積被開采，地面通過物探得知存在9個老空積水區(qū)約209300m3和7個物探低阻異常區(qū)，在生產(chǎn)建設(shè)過程中科學(xué)合理地探測老空水準(zhǔn)確積聚位置任務(wù)繁重。通過瞬變電磁法對受水威脅掘進巷道進行超前探查，根據(jù)物探技術(shù)成果再施工探查鉆孔，對水害可能出現(xiàn)的位置作出定性或定量的評估判斷，然后采取有效防治水措施進行治理，從而實現(xiàn)安全掘進的目的。

關(guān)鍵詞：老空水 電法 探查 治理

1 概況

山西長治郊區(qū)三元南耀吉安煤業(yè)有限公司是由山西三元煤業(yè)股份有限公司（51%）控股，長治市郊區(qū)西白兔鄉(xiāng)南村村民委員會（49%）參股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀東、中豐煤業(yè)四座煤礦重組整合而成，礦井建設(shè)規(guī)模60萬噸/年，井田面積1.9707km2，現(xiàn)主要開采煤層3號煤。井田內(nèi)3號煤層底板最低標(biāo)高750m，井田內(nèi)奧灰水位為639-641m。奧灰水對井田3號煤層的開采無影響。兼并重組前原礦井均開采3號煤層，大面積被開采，老空積水分布較廣，原老礦均無可靠的水文地質(zhì)資料，在掘進期間老空水嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)。

瞬變電磁法或稱時間域電磁法（Time domain electromagnetic methods），簡稱TEM，它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不接地線圈觀測二次渦流場的方法。勘探深度一般在120m左右，對突出危險性和災(zāi)害可能出現(xiàn)的位置作出定性或定量的評估判斷后，采取有效防治水措施，從而實現(xiàn)安全掘進和回采的目的。

2 工作原理

井下設(shè)置通以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產(chǎn)生一次磁場，并在地下導(dǎo)電巖（礦）體中產(chǎn)生感應(yīng)電流。斷電后，感應(yīng)電流由于熱損耗而隨時間衰減。衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當(dāng)于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度小；而晚期成分則相當(dāng)于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。

瞬變電磁法探測儀器為福州華虹智能科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的YCS40（A）型礦用瞬變電磁儀。該儀器具有抗干擾、輕便、自動化程度高等特點。數(shù)據(jù)采集由微機控制，自動記錄和存儲，與微機連接可實現(xiàn)數(shù)據(jù)回放。根據(jù)本次探查任務(wù)的要求和巷道條件的實際情況，采用2m×2m的多匝數(shù)矩形回線裝置進行測量。根據(jù)勘探任務(wù)要求，采用多匝數(shù)線框，將線框直立于巷道。發(fā)射線框和接收線框為匝數(shù)不等，且發(fā)射線框和接收線框為一體的線框，以便于井下復(fù)雜的工作條件。主要技術(shù)參數(shù)如表1：

3 瞬變電磁法工程實例

3.1 測點布置 利用瞬變電磁法探測3102工作面運輸順槽前方是否存在老空積水。首先在3號煤皮帶運輸大巷，采用偏移排列測線布置，以B6導(dǎo)線點為中，向左側(cè)延伸30m，右側(cè)延伸40m，對巷道頂板15度和順層方向進行探測；具體見測點布置及施工方案示意于圖1和圖2。

圖1 瞬變電磁法探測測點布置及施工示意圖

圖2 探測區(qū)域位置示意圖

3.2 物探成果 圖3、圖4為吉安煤業(yè)3102運輸順槽測深探測視電阻率等值線擬斷面圖，圖中皮帶大巷30m處為3102運輸順槽開口位置，橫向表示探測水平距離，縱向表示探測深度。根據(jù)上圖分析，3102運輸順槽掘進前方60-95m范圍內(nèi)存在局部高阻異常區(qū)，阻值相對較高，推測可能為前方破碎帶，賦水可能性較小；在3102運輸順槽掘進方向左右兩側(cè)10m外，阻值較低，存在賦水的可能性。

根據(jù)瞬變電磁法物探成果，在3102工作面運輸順槽掘進方向兩側(cè)低阻區(qū)域進行了重點布設(shè)鉆孔，對高阻正常區(qū)域也進行了少量布孔檢查，全面共設(shè)計施工8孔/480m進行鉆探驗證，經(jīng)鉆探驗證掘進方向前方高阻異常區(qū)為受周邊采空區(qū)影響頂板破碎帶，掘進方向左右兩側(cè)10m外，低阻異常區(qū)有少量老空積水，放水約120m3。鉆探結(jié)果與瞬變電磁法探測的結(jié)果基本一致，保證了此條巷道安全掘進。

4 結(jié)束語

通過運用該項技術(shù)，對井田內(nèi)所有掘進工作面進行超前探測，超前預(yù)測預(yù)報，對掘進工作面的水文地質(zhì)條件進行探查，提前制定防治水措施，保證了安全生產(chǎn)。在未使用該物探技術(shù)前，掘進巷道每次超前探查都需要施工8～10個鉆孔，因?qū)蜻M前方的水文地質(zhì)條件不清楚，設(shè)計鉆孔時沒有針對性，造成鉆探進尺增加，影響了掘進效率。運用物探技術(shù)后，能有的放矢的設(shè)計鉆孔，針對物探中的異常塊段進行鉆探驗證，減少了鉆探進尺，提高了工作效率。通過2012～2013年的實際驗證，節(jié)省資金24萬元，提高掘進單頭進尺20%。瞬變電磁法物探與鉆探相結(jié)合的探查技術(shù)在經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行、安全上更可靠，在今后的巷道掘進中可以得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻：

[1]潘友忠.瞬變電磁法在礦井巷道掘進前方富水性探測中的應(yīng)用[J].安徽地質(zhì)，2010，20（2）：126-128.

[2]李乃民，李東徽.電磁法探測深度概述[J].能源研究與管理， 2012（01）.

[3]薛國強.論瞬變電磁測深法的探測深度[J].石油地球物理勘探，2004（05）.endprint

摘要：吉安煤業(yè)由耀南、耀東、耀北和中豐煤業(yè)4處礦井和新增區(qū)資源整合而成。兼并重組前原礦井均開采3號煤層，大面積被開采，地面通過物探得知存在9個老空積水區(qū)約209300m3和7個物探低阻異常區(qū)，在生產(chǎn)建設(shè)過程中科學(xué)合理地探測老空水準(zhǔn)確積聚位置任務(wù)繁重。通過瞬變電磁法對受水威脅掘進巷道進行超前探查，根據(jù)物探技術(shù)成果再施工探查鉆孔，對水害可能出現(xiàn)的位置作出定性或定量的評估判斷，然后采取有效防治水措施進行治理，從而實現(xiàn)安全掘進的目的。

關(guān)鍵詞：老空水 電法 探查 治理

1 概況

山西長治郊區(qū)三元南耀吉安煤業(yè)有限公司是由山西三元煤業(yè)股份有限公司（51%）控股，長治市郊區(qū)西白兔鄉(xiāng)南村村民委員會（49%）參股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀東、中豐煤業(yè)四座煤礦重組整合而成，礦井建設(shè)規(guī)模60萬噸/年，井田面積1.9707km2，現(xiàn)主要開采煤層3號煤。井田內(nèi)3號煤層底板最低標(biāo)高750m，井田內(nèi)奧灰水位為639-641m。奧灰水對井田3號煤層的開采無影響。兼并重組前原礦井均開采3號煤層，大面積被開采，老空積水分布較廣，原老礦均無可靠的水文地質(zhì)資料，在掘進期間老空水嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)。

瞬變電磁法或稱時間域電磁法（Time domain electromagnetic methods），簡稱TEM，它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不接地線圈觀測二次渦流場的方法。勘探深度一般在120m左右，對突出危險性和災(zāi)害可能出現(xiàn)的位置作出定性或定量的評估判斷后，采取有效防治水措施，從而實現(xiàn)安全掘進和回采的目的。

2 工作原理

井下設(shè)置通以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產(chǎn)生一次磁場，并在地下導(dǎo)電巖（礦）體中產(chǎn)生感應(yīng)電流。斷電后，感應(yīng)電流由于熱損耗而隨時間衰減。衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當(dāng)于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度小；而晚期成分則相當(dāng)于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。

瞬變電磁法探測儀器為福州華虹智能科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的YCS40（A）型礦用瞬變電磁儀。該儀器具有抗干擾、輕便、自動化程度高等特點。數(shù)據(jù)采集由微機控制，自動記錄和存儲，與微機連接可實現(xiàn)數(shù)據(jù)回放。根據(jù)本次探查任務(wù)的要求和巷道條件的實際情況，采用2m×2m的多匝數(shù)矩形回線裝置進行測量。根據(jù)勘探任務(wù)要求，采用多匝數(shù)線框，將線框直立于巷道。發(fā)射線框和接收線框為匝數(shù)不等，且發(fā)射線框和接收線框為一體的線框，以便于井下復(fù)雜的工作條件。主要技術(shù)參數(shù)如表1：

3 瞬變電磁法工程實例

3.1 測點布置 利用瞬變電磁法探測3102工作面運輸順槽前方是否存在老空積水。首先在3號煤皮帶運輸大巷，采用偏移排列測線布置，以B6導(dǎo)線點為中，向左側(cè)延伸30m，右側(cè)延伸40m，對巷道頂板15度和順層方向進行探測；具體見測點布置及施工方案示意于圖1和圖2。

圖1 瞬變電磁法探測測點布置及施工示意圖

圖2 探測區(qū)域位置示意圖

3.2 物探成果 圖3、圖4為吉安煤業(yè)3102運輸順槽測深探測視電阻率等值線擬斷面圖，圖中皮帶大巷30m處為3102運輸順槽開口位置，橫向表示探測水平距離，縱向表示探測深度。根據(jù)上圖分析，3102運輸順槽掘進前方60-95m范圍內(nèi)存在局部高阻異常區(qū)，阻值相對較高，推測可能為前方破碎帶，賦水可能性較小；在3102運輸順槽掘進方向左右兩側(cè)10m外，阻值較低，存在賦水的可能性。

根據(jù)瞬變電磁法物探成果，在3102工作面運輸順槽掘進方向兩側(cè)低阻區(qū)域進行了重點布設(shè)鉆孔，對高阻正常區(qū)域也進行了少量布孔檢查，全面共設(shè)計施工8孔/480m進行鉆探驗證，經(jīng)鉆探驗證掘進方向前方高阻異常區(qū)為受周邊采空區(qū)影響頂板破碎帶，掘進方向左右兩側(cè)10m外，低阻異常區(qū)有少量老空積水，放水約120m3。鉆探結(jié)果與瞬變電磁法探測的結(jié)果基本一致，保證了此條巷道安全掘進。

4 結(jié)束語

通過運用該項技術(shù)，對井田內(nèi)所有掘進工作面進行超前探測，超前預(yù)測預(yù)報，對掘進工作面的水文地質(zhì)條件進行探查，提前制定防治水措施，保證了安全生產(chǎn)。在未使用該物探技術(shù)前，掘進巷道每次超前探查都需要施工8～10個鉆孔，因?qū)蜻M前方的水文地質(zhì)條件不清楚，設(shè)計鉆孔時沒有針對性，造成鉆探進尺增加，影響了掘進效率。運用物探技術(shù)后，能有的放矢的設(shè)計鉆孔，針對物探中的異常塊段進行鉆探驗證，減少了鉆探進尺，提高了工作效率。通過2012～2013年的實際驗證，節(jié)省資金24萬元，提高掘進單頭進尺20%。瞬變電磁法物探與鉆探相結(jié)合的探查技術(shù)在經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行、安全上更可靠，在今后的巷道掘進中可以得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻：

[1]潘友忠.瞬變電磁法在礦井巷道掘進前方富水性探測中的應(yīng)用[J].安徽地質(zhì)，2010，20（2）：126-128.

[2]李乃民，李東徽.電磁法探測深度概述[J].能源研究與管理， 2012（01）.

[3]薛國強.論瞬變電磁測深法的探測深度[J].石油地球物理勘探，2004（05）.endprint

摘要：吉安煤業(yè)由耀南、耀東、耀北和中豐煤業(yè)4處礦井和新增區(qū)資源整合而成。兼并重組前原礦井均開采3號煤層，大面積被開采，地面通過物探得知存在9個老空積水區(qū)約209300m3和7個物探低阻異常區(qū)，在生產(chǎn)建設(shè)過程中科學(xué)合理地探測老空水準(zhǔn)確積聚位置任務(wù)繁重。通過瞬變電磁法對受水威脅掘進巷道進行超前探查，根據(jù)物探技術(shù)成果再施工探查鉆孔，對水害可能出現(xiàn)的位置作出定性或定量的評估判斷，然后采取有效防治水措施進行治理，從而實現(xiàn)安全掘進的目的。

關(guān)鍵詞：老空水 電法 探查 治理

1 概況

山西長治郊區(qū)三元南耀吉安煤業(yè)有限公司是由山西三元煤業(yè)股份有限公司（51%）控股，長治市郊區(qū)西白兔鄉(xiāng)南村村民委員會（49%）參股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀東、中豐煤業(yè)四座煤礦重組整合而成，礦井建設(shè)規(guī)模60萬噸/年，井田面積1.9707km2，現(xiàn)主要開采煤層3號煤。井田內(nèi)3號煤層底板最低標(biāo)高750m，井田內(nèi)奧灰水位為639-641m。奧灰水對井田3號煤層的開采無影響。兼并重組前原礦井均開采3號煤層，大面積被開采，老空積水分布較廣，原老礦均無可靠的水文地質(zhì)資料，在掘進期間老空水嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)。

瞬變電磁法或稱時間域電磁法（Time domain electromagnetic methods），簡稱TEM，它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不接地線圈觀測二次渦流場的方法。勘探深度一般在120m左右，對突出危險性和災(zāi)害可能出現(xiàn)的位置作出定性或定量的評估判斷后，采取有效防治水措施，從而實現(xiàn)安全掘進和回采的目的。

2 工作原理

井下設(shè)置通以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產(chǎn)生一次磁場，并在地下導(dǎo)電巖（礦）體中產(chǎn)生感應(yīng)電流。斷電后，感應(yīng)電流由于熱損耗而隨時間衰減。衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當(dāng)于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度小；而晚期成分則相當(dāng)于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。

瞬變電磁法探測儀器為福州華虹智能科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的YCS40（A）型礦用瞬變電磁儀。該儀器具有抗干擾、輕便、自動化程度高等特點。數(shù)據(jù)采集由微機控制，自動記錄和存儲，與微機連接可實現(xiàn)數(shù)據(jù)回放。根據(jù)本次探查任務(wù)的要求和巷道條件的實際情況，采用2m×2m的多匝數(shù)矩形回線裝置進行測量。根據(jù)勘探任務(wù)要求，采用多匝數(shù)線框，將線框直立于巷道。發(fā)射線框和接收線框為匝數(shù)不等，且發(fā)射線框和接收線框為一體的線框，以便于井下復(fù)雜的工作條件。主要技術(shù)參數(shù)如表1：

3 瞬變電磁法工程實例

3.1 測點布置 利用瞬變電磁法探測3102工作面運輸順槽前方是否存在老空積水。首先在3號煤皮帶運輸大巷，采用偏移排列測線布置，以B6導(dǎo)線點為中，向左側(cè)延伸30m，右側(cè)延伸40m，對巷道頂板15度和順層方向進行探測；具體見測點布置及施工方案示意于圖1和圖2。

圖1 瞬變電磁法探測測點布置及施工示意圖

圖2 探測區(qū)域位置示意圖

3.2 物探成果 圖3、圖4為吉安煤業(yè)3102運輸順槽測深探測視電阻率等值線擬斷面圖，圖中皮帶大巷30m處為3102運輸順槽開口位置，橫向表示探測水平距離，縱向表示探測深度。根據(jù)上圖分析，3102運輸順槽掘進前方60-95m范圍內(nèi)存在局部高阻異常區(qū)，阻值相對較高，推測可能為前方破碎帶，賦水可能性較小；在3102運輸順槽掘進方向左右兩側(cè)10m外，阻值較低，存在賦水的可能性。

根據(jù)瞬變電磁法物探成果，在3102工作面運輸順槽掘進方向兩側(cè)低阻區(qū)域進行了重點布設(shè)鉆孔，對高阻正常區(qū)域也進行了少量布孔檢查，全面共設(shè)計施工8孔/480m進行鉆探驗證，經(jīng)鉆探驗證掘進方向前方高阻異常區(qū)為受周邊采空區(qū)影響頂板破碎帶，掘進方向左右兩側(cè)10m外，低阻異常區(qū)有少量老空積水，放水約120m3。鉆探結(jié)果與瞬變電磁法探測的結(jié)果基本一致，保證了此條巷道安全掘進。

4 結(jié)束語

通過運用該項技術(shù)，對井田內(nèi)所有掘進工作面進行超前探測，超前預(yù)測預(yù)報，對掘進工作面的水文地質(zhì)條件進行探查，提前制定防治水措施，保證了安全生產(chǎn)。在未使用該物探技術(shù)前，掘進巷道每次超前探查都需要施工8～10個鉆孔，因?qū)蜻M前方的水文地質(zhì)條件不清楚，設(shè)計鉆孔時沒有針對性，造成鉆探進尺增加，影響了掘進效率。運用物探技術(shù)后，能有的放矢的設(shè)計鉆孔，針對物探中的異常塊段進行鉆探驗證，減少了鉆探進尺，提高了工作效率。通過2012～2013年的實際驗證，節(jié)省資金24萬元，提高掘進單頭進尺20%。瞬變電磁法物探與鉆探相結(jié)合的探查技術(shù)在經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行、安全上更可靠，在今后的巷道掘進中可以得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻：

[1]潘友忠.瞬變電磁法在礦井巷道掘進前方富水性探測中的應(yīng)用[J].安徽地質(zhì)，2010，20（2）：126-128.

[2]李乃民，李東徽.電磁法探測深度概述[J].能源研究與管理， 2012（01）.

[3]薛國強.論瞬變電磁測深法的探測深度[J].石油地球物理勘探，2004（05）.endprint