瞬變電磁法在煤礦防治水工作中的應用

李旭春

（山西汾西宜興煤業有限責任公司，山西 孝義 032300）

近些年來，小型煤礦是水害事故發生的主要災區，老空水為主要突水水源。其中山西發生的水害事故最多，近些年來達到14起，淹井事故時有發生。隨著煤礦逐年向更遠更深的地方開采，遇到未知充水水源的可能性就更大，因此急切需要能夠預知水源儲存場所的技術或者儀器。通過筆者多年的工作經驗證實瞬變電磁儀能夠在很大程度上解決這一問題。本文即以作者在汾西礦業集團水峪煤業公司工作時的工作經歷，闡述瞬變電磁儀在煤礦探水中的應用情況。

1 礦井瞬變電磁法簡介

瞬變電磁法，又稱為時間域電磁法，是煤礦在探測礦井水方面的首選物探技術。瞬變電磁儀由發射回線和接收回線兩部分組成，其工作方法是發射回線通有的電流突然消失時產生磁場，地質體內部產生電磁感應，然后接收回線接收二次磁場[1]。具體過程大致如下：當發射回線中的電流由一定值突然變為零時，根據電磁感應原理，就會在發射回線四周產生電磁波，電磁波向外傳播過程中如果遇到良性導體就會在其內部產生電流，該電流隨著時間進行衰減就會產生二次磁場。二次磁場來源于地質體，所以其數值等就會體現地質體的相關信息，如位置、大小等。二次磁場由接收回線收集數據，然后經過計算機軟件處理，最后對地質體信息進行解釋。

2 礦井瞬變電磁儀在煤礦的實際應用

2.1 水峪礦61106材料巷瞬變電磁儀探測

2.1.1 61106材料巷概況

61106材料巷位于水峪礦六采區，其巷道寬4.5m，巷高2.8m，沿11號煤層掘進，平均傾角為3°。該工作面北為61104工作面，南為61108工作面，東為7001工作面，西鄰六采區大巷。工作面附近地質構造：工作面總體走向近東西向，該工作面前半部分為軸向北西的背斜構造，后半部分為軸向南北的向斜構造。工作面頂底板及含水層：本工作面在11#煤層中穿層掘進，上部為9#煤層采空區，可能在低洼處有積水，水文地質情況較簡單。

2.1.2 瞬變電磁儀探測

（1）探測前確保儀器電量充足，儀器狀況良好，無防爆不完好等情況。工作面迎頭停止作業，綜掘機退后20m，排盡迎頭積水后對工作面除必要的監控儀器以外的電器和電纜進行斷電。敲幫問頂確保工作環境安全后開始作業。

（2）本次探測共布置2條測線18個物理點，多測道曲線良好，數據全部合格。經資料處理形成如圖1的成果圖，由成果圖可以直觀地看到頂板方向在前進方向右側40m處存在低阻異常區；順層方向在前進方向40m處存在低阻異常區。經地測人員會議討論決定朝前進方向右側40m處共設計并施工六個鉆孔，其中順層方向和頂板方向各三個鉆孔。

圖1 水峪煤業61106材料巷采空區探測成果圖

（3）經過鉆探驗證，在順層方向未發現有采空區，無積水。在頂板方向的三個鉆孔中有兩個鉆孔打到了9#煤層采空區，兩個鉆孔均有出水情況，其中一個鉆孔水量較大，約20m3/h,另一個鉆孔出水量約5m3/h。地測人員在第一時間取到水質標本，經水質化驗確定為采空區積水。經過三天時間的放水作業，直至兩個鉆孔的出水量基本上為零。為了安全起見，地測科人員又設計并施工了兩個驗證孔，證實了采空區積水已經被疏放完畢。此次放水作業放水量共計約1400m3。

2.2 水峪礦81101運輸巷瞬變電磁儀探測

81101運輸巷在太原組之10#、11#煤層下分層中掘進，煤層平均厚度8.7m，老頂為K2石灰巖，直接頂為泥巖，底板為鋁質泥巖，煤層結構較復雜，平均傾角6°。該工作面東臨九采區三條大巷，西為井田邊界，南為后河村保安煤柱，北為小青河和馬莊村保安煤柱。

81101運輸巷走向長1170m，以270°方位，以3#矸做頂掘進。在工作面前半部為走向北東、傾向南東的單斜構造，工作面內部有一軸向北東的向斜構造。巷道北低南高，工作面內可能有隱伏構造存在。

根據小煤窯調查資料，該工作面所在區域為后河小煤窯破壞區（9#煤），巷道可能存在積水，預計積水范圍為13300m3，積水量為3325m3，水壓小于0.1MPa，預計水量10～30m3/h。施工前需備好排水設備，保持排水管路的暢通。根據煤礦防治水規定，在工作面掘進期間，為了確保在掘進施工過程中的安全，避免發生無預測預報揭露導水構造、采空區或老窯積水。地測科于2017年2月28日利用武漢地大科學研究院開發的CUGTEM礦用瞬變電磁儀在81101運輸巷Y5#點前69m處進行了瞬變電磁探測。探測結果顯示，在81101運輸巷Y5#點前119m順層0°方向、頂板15°方向均在工作面前方50～100m范圍、左右兩幫40～100m范圍內出現低阻異常區，根據采空區調查資料分析巷道正前可能存在小窯破壞區，為確保隊組安全生產，針對該異常區進行了鉆探驗證。

此次鉆探驗證共設計并施工了8個鉆孔，即兩個異常區分別在順層及頂板方向各施工兩個鉆孔，結果證實，與以往的絕大多數情況相同，異常區為9#煤層采空區積水，順層方向無異常。此次放水量共計約1000m3。結果證實了探測結果的準確性。

3 結語

經過筆者多年使用瞬變電磁儀的經驗證實，在煤礦井下日常的水文地質物探方面，瞬變電磁儀無疑是十分高效可靠的。從另一方面來說，瞬變電也有其不足的地方，其容易受工作面潮濕的環境、巷道內的金屬器械、電纜等的影響，所以為了探測結果的準確性一定要將干擾因素降低到最小。在滿足瞬變電磁儀的工作環境后，其物探結果具有很高的利用價值。