礦井瞬變電磁法在五家溝煤礦采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用研究

孫偉 薛江 穆曉強(qiáng)

摘 要：介紹了礦井瞬變電磁法的基本理論及工作方法，論述了礦井瞬變電磁法在五家溝煤礦巷道超前探測(cè)上部采空區(qū)的有效性。主要總結(jié)了礦井瞬變電磁對(duì)采空區(qū)的特征反映。通過實(shí)例證明礦井瞬變電磁法可以很好地滿足礦井巷道超前探測(cè)的要求，對(duì)五家溝煤礦的安全掘進(jìn)具有很好的指導(dǎo)意義，為五家溝的礦井防治水害提供了可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁法;采空區(qū);巷道超前探

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.054

1 引言

許多突水例子證明，礦井突水是一種復(fù)雜的地質(zhì)及采動(dòng)影響現(xiàn)象，其中尤以老空水危害最大，其具有短時(shí)水勢(shì)迅猛、沖擊力大，破壞性極強(qiáng)的特點(diǎn)，一旦發(fā)生對(duì)礦井建設(shè)和人員生命安全都有極大危害。目前較為常用的方法主要包括直接的鉆探勘探和間接的物探勘探兩種手段，但是鉆探成果雖然可靠，但是其效率低、成本高，而且對(duì)于富水范圍無法精確確定。而礦井瞬變電磁作為主要的井下物探手段之一，由于其方法本身技術(shù)特點(diǎn)可以在迎頭前方進(jìn)行多角度、全方位探測(cè)，在采空區(qū)探測(cè)方面是目前應(yīng)用最廣的井下物探手段之一。

2 基本原理及工作方法

2.1 基本原理

礦井瞬變電磁法的勘探原理與地面方法一樣，都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(chǎng)，在一次脈沖電磁場(chǎng)間歇期間，利用不接地線圈或接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的方法。但是不同的是，礦井瞬變電磁是全空間相應(yīng)（圖1），其來自于回線平面兩側(cè)的地層。

2.2 工作方法

受巷道空間限制，礦井瞬變電磁法多采用1.5m*1.5或者2m*2m多匝小回線。在實(shí)際探測(cè)中可以根據(jù)探測(cè)任務(wù)進(jìn)行多方位探測(cè)（既可以用于掘進(jìn)頭前方，也可以用于巷道側(cè)幫、煤層頂?shù)装逄綔y(cè)等）。而在掘進(jìn)工作面迎頭進(jìn)行超前探測(cè)時(shí)，可以按照與迎頭前方不同夾角進(jìn)行扇形掃面（見圖2），從而形成對(duì)迎頭左幫、正前方、右?guī)偷奶綔y(cè)。同時(shí)還可以在順層超前探的基礎(chǔ)上，改變線框水平夾角實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層頂、底板的探測(cè)（見圖3）。

3 實(shí)例分析

老空水突水一直是煤礦透水事件中傷亡率最高的，故我公司專門在已知的存在采空區(qū)積水的巷道段做了試驗(yàn)分析，并且成功預(yù)測(cè)了2處老空積水地段。通過總結(jié)分析，采空積水區(qū)的判斷主要結(jié)合地質(zhì)和物探成果共同確定。采空積水段的視電阻率都較低;對(duì)于小窯采空區(qū)，等值線往往會(huì)表現(xiàn)為低阻圈閉的特征。

（1）圖4為五家溝煤礦1510主運(yùn)順槽掘進(jìn)至100m、180m、260m以及340m處的施工點(diǎn)位示意圖，1510主運(yùn)順槽旁側(cè)30m外存在5100已回采工作面采空積水區(qū);圖5為對(duì)應(yīng)的各個(gè)地段的順層解釋斷面成果圖。可以看出在100m處的物探成果上顯示巷道前方視電阻率變化均勻，等值線成層變化無明顯的高阻或低阻的扭曲變形特征，而掘進(jìn)至180m以后物探成果斷面顯示左幫出現(xiàn)大片低阻異常，同樣在260m處和340m處都存在類似異常，異常范圍和幅值都相近均為采空區(qū)的特征反映。

（2）圖6為五家溝煤礦西翼主運(yùn)順槽老空積水的特征斷面，該巷道掘進(jìn)前方缺乏地質(zhì)資料，經(jīng)過調(diào)查其上方存在多個(gè)關(guān)閉小窯，本次勘探成果顯示，迎頭前方和頂部方向存在明顯的低阻圈閉，并且視電阻率小于30歐姆米，為明顯的含水特征，根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，前方富水性較強(qiáng)，但是與前述的斷層強(qiáng)富水特征有所差別，故分析為老空積水，后經(jīng)打鉆驗(yàn)證，迎頭前方頂板30°方向在40m處見空，與物探成果吻合。

4 結(jié)語

通過實(shí)例，可以看出礦井瞬變電磁法具有探測(cè)范圍大、含水異常定性準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在老空水探測(cè)方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。另外，通過長(zhǎng)期勘探，對(duì)不同發(fā)育特征的采空區(qū)其電性特征也有總結(jié)，雖不一定具有通用性，但對(duì)于五家溝本礦區(qū)確有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]于景邨.礦井瞬變電磁法勘探[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[2]滿在山，王檔良，曾廣東.礦井瞬變電磁法在新驛煤礦探水中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2009.

[3]姜志海，岳建華，劉志新.礦井瞬變電磁法在老窯水超前探測(cè)中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2007，4（04）：291-293.

[4]劉樹才，岳建華，劉仰光.礦井物探技術(shù)在突水預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2007，4（01）：9-11.

[5]郭純，劉白宙，白登海.地下全空間瞬變電磁技術(shù)在煤礦巷道掘進(jìn)頭的連續(xù)跟蹤超前探測(cè)[J].地震地質(zhì)，2006，9（03）：456-462.

[6]張瑞堯，陶威，朱亞林等.瞬變電磁探測(cè)技術(shù)在采空區(qū)含水性中的應(yīng)用[J].國外測(cè)井技術(shù)，2018，39（04）：23-26.

作者簡(jiǎn)介：孫偉（1986-），男，陜西米脂人，碩士，物探工程師，從事物探電磁法工作。