礦井掘進巷道瞬變電磁法跟蹤探測應用研究

邢 楷

(晉煤集團技術研究院物探工程分公司,山西 晉城 048000)

礦井掘進巷道瞬變電磁法跟蹤探測應用研究

邢 楷

(晉煤集團技術研究院物探工程分公司,山西 晉城 048000)

礦井瞬變電磁法是向巖體發射脈沖電磁場,利用不同巖體的導電性差異,通過觀測巖體因為磁通量的變化產生的感應電流了解周圍巖體的電信息。掘進巷道在掘進過程中進行連續跟蹤的瞬變電磁法探測,總結探測區域內煤層及其圍巖導電性的規律,有助于把握整個采區范圍內煤層及其圍巖的導電性等物理特征,提高物探資料解釋的準確性。

礦井瞬變電磁法;回采工作面;跟蹤探測;視電阻率

resistivity

礦井水害是煤礦生產中經常遇到的地質災害之一,也是制約煤礦安全生產的主要因素之一,因此在巷道掘進過程中進行巷道超前富水性探測具有重要的意義。瞬變電磁法因其具有勘探深度大,穿透高阻層能力強,隨機干擾小,可以在遠區觀測,也可在近區進行觀測,選擇不同時間進行觀測可以獲得不同深度的地質信息等優點，在礦井地質工作中得到了廣泛的應用。

1 礦井瞬變電磁法探測原理

瞬變電磁法是利用不接地回線或接地線源向巖體發射一次脈沖磁場,在一次脈沖磁場間歇期間,利用不同巖體的導電性差異,通過觀測巖體因為磁通量的變化產生的感應電流了解周圍巖體電信息的方法。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規律,可得到不同深度的地電特征。低電阻率地質體如導水斷層、富水區、金屬礦區等等引起較強且衰減慢的二次渦流場,而貧水區等高阻體等引起較弱且衰減快的二次場。煤系地層常見的巖石視電阻率值如表1所示。

表1 煤系地層巖石視電阻率范圍

本文介紹在掘進巷道進行連續跟蹤的瞬變電磁法探測,掌握探測區域內煤層及其圍巖的電信息,總結其導電性的規律,試圖從宏觀上把握整個采區范圍內煤層及其圍巖的物理性質,提高物探資料解釋的準確性,為礦井防治水工作提供科學依據。

2 掘進巷道瞬變電磁法跟蹤探測應用實例

晉城某礦1302回采工作面所采煤層為3號煤,位于山西組中下部,上距下石盒子組底砂巖(K8)29.39 m,下距太原組K6灰巖15.10 m,煤層厚度3.14 m～5.32 m,平均3.95 m。煤層直接頂為粉砂巖、砂質泥巖。底板一般為砂質泥巖和泥巖。工作面內主要沖水因素為二疊系上、下石盒子組及山西組砂巖裂隙含水層,目前主要以潛水形式賦存,富水性弱。工作面內地質構造類型簡單,為單一背斜構造。工作面超前探測使用儀器為長沙飛翼公司YCS160型礦用瞬變電磁儀,施工設計為超前探測3個橫向探測方向,分別是與巷道頂板呈45°夾角向前方頂板探測、順巖層方向向前方探測、與巷道底板

呈45°夾角向前方底板探測。每個橫向探測方向布置橫向探測角度14個(見圖1),分別是左側幫(180°、165°、150°、135°、120°、105°)、正前方(90°、90°)、右側幫(0°、15°、30°、45°、60°、75°)。

圖1 瞬變電磁法探測角度示意圖Fig. 1 Detection angle with TEM

1302工作面進風順槽為900 m,回風順槽為940 m,工作面走向長度為209 m。經過統計,兩順槽及切眼共完成瞬變電磁超前跟蹤探測27次,探測結果視電阻率值統計如下表所示。

表2 瞬變電磁超前探測探測結果視電阻率值統計表

綜合分析表2,在總計27次瞬變電磁探測結果中:有3次探測結果的視電阻率值集中在40 Ω·m以下;8次集中在20 Ω·m～90 Ω·m之間;16次集中在25 Ω·m～160 Ω·m之間。后期經過搜集相關資料,進風順槽揭露沖刷帶共4處,分別位于96 m～117 m處、238 m～244 m處、627 m～633 m處以及651 m～693 m處;在回風巷943 m處探明斷層,接近斷層附近時,頂板淋水逐漸增大。

1)視電阻率值集中在40 Ω·m以下的3次物探分別為回風巷開口、進風巷開口17 m及起眼開口處,這些位置在施工時或者距離大巷內軌道較近,或者距離巷道內機組及皮帶架等鐵器較近,受到鐵器干擾影響較重導致視電阻率整體阻值偏低,參考意義不大。

2)視電阻率值集中在20 Ω·m～90 Ω·m之間的8次探測結果中有4次探測范圍位于沖刷帶位置附近,分別為進風順槽85 m處、進風順槽210 m處、進風順槽560 m處及進風順槽630 m處,分析沖刷帶內部煤層破壞,填充物巖性含水分比例增高導致探測結果中視電阻率值降低。探測結果中有2次位于斷層附近,分別為回風順槽870 m處和940 m處,探測結果如圖2、3所示。圖中視電阻率值畸變趨勢明顯,最低均為12 Ω·m,最高為230 Ω·m和100 Ω·m,都存在較為明顯的低阻區域。分析這2處低阻區域由于距離斷層較近,斷層周邊次生構造及裂隙較為發育,富水性強造成。這兩次連續跟蹤探測結果相互驗證對比,能夠更好的把握探測區域內強富水區的范圍及其形態,給礦方探放水工作提供有力依據。

圖2 回風順槽870 m處順層0°超前探測視電阻率擬面圖Fig. 2 Apparent resistivity pseudo-section map of Bedding 0° advanced detection at 870 m air return trough

圖3 回風順槽940 m處順層0°超前探測視電阻率擬面圖Fig.3 Apparent resistivity pseudo-section map of Bedding 0° advanced detection at 940 m air return trough

3)剩余16次物探結果的視電阻率值集中在25 Ω·m～160 Ω·m之間。因此得出1302工作面及其鄰近工作面區域內在正常情況下,即錨網支護、現場鐵器影響較低且煤層連續穩定情況下,探測結果的視電阻率值應該集中在25 Ω·m～160 Ω·m之間。

3 結束語

瞬變電磁法作為一種新的地球物理勘察手段,具有方便快捷、定向性好、測距大、對礦井水等低阻體反應靈敏。通過對掘進巷道連續跟蹤探測,能夠更好的把握區域煤層地質信息,很好的了解區域煤層及其圍巖導電性等物理特征,在礦井含水地質構造預測預報中具有很重要的意義,為礦井防治水工作提供科學依據。同時瞬變電磁法容易受到現場探測環境的影響,使瞬變電磁法在解釋上存在多解性,通過降低現場干擾因素,能夠提高瞬變電磁法解釋的準確度。

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ApplicationofTrackingDetectionwithTransientElectromagneticMethodinDrivingRoadways

XINGKai

(GeophysicalEngineeringBranchofTechnologyResearchInstitute,JinchengCoalGroup,Jincheng048000,China)

Transient Electromagnetic Method (TEM) is a geophysical exploration technique in which,based on rock conductivity difference,induced current by the changes in magnetic flux is measured to determine the electrical properties of surrounding rock by emitting pulse electromagnetic field to rock. We continuously track the TEM in the driving. Conductivity rules of coal seams and surrounding rock are summarized,which could help the understanding the physical properties of the whole mining area,such as conductivity,and improve the interpretation accuracy of geophysical exploration data.

Transient Electromagnetic Method; caving face; tracking detection; apparent

1672-5050(2017)01-0031-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.009

2016-09-18

邢楷(1986-),男,山西晉城人,本科,工程師,從事地球物理方法技術研究與應用工作。

P631.3

A

(編輯：樊 敏)