孔中瞬變電磁剖面探測技術在漳村礦的應用

文/唐平 徐冠男

本次探查目的是充分探查迎頭前方的可能存在的低阻異常區及導水構造，擬利用現有探放水鉆孔實施巷孔瞬變電磁探測扇面超前探測及孔中瞬變電磁剖面探測，通過綜合地質分析推斷破碎帶等導含水構造的位置及范圍，保證6煤西翼輔運大巷的安全掘進。

1 基本原理

巷-孔瞬變電磁法的基本原理與瞬變電磁剖面法一致，區別在于施工方式和資料解釋手段不同。

孔中瞬變電磁剖面探測是將發射線框與接收探頭一同送入鉆孔中，逐點進行三分量測量，通過順鉆孔方向的垂直分量Z的二次場分析鉆孔周圍可能存在的低阻異常區，通過垂直于鉆孔且相互正交的兩組水平分量X、Y（X分量垂直于孔向右，Y分量垂直于孔向下）的二次場分析異常相對于鉆孔的空間方位，最終形成以鉆孔為中心，徑向一定距離范圍內的圓柱形探測區域。

2 儀器設備

本次試驗設備，包括YCS2000A瞬變電磁儀1臺，多路發射機1臺，孔中接收探頭3根，發射線框4個，推送桿100根。

其中YCS2000A瞬變電磁儀負責數據交互與存儲記錄，多路發射機負責提供4路發射電流，孔中接收探頭負責在鉆孔內進行三分量瞬變信號測量。目前孔中探頭有φ40mm、φ50mm和φ55mm等多種型號，適用于不同的鉆孔探測，該套儀器適用于井下含瓦斯、煤塵爆炸危險環境，同時多路發射機提供相當于12A、40匝的激發能量，可以大大提高信號質量和探測范圍

3 施工設計

圖1：孔中瞬變電磁剖面探測示意圖

圖2：巷-孔瞬變電磁扇面超前探測示意圖

根據先期物探探測結果與鉆探結果，擬設計三個鉆孔進行鉆孔瞬變電磁探測，分別覆蓋迎頭前方的左側、右側和下方，施工設計圖如圖1、圖2所示，其中圖1位孔中瞬變電磁剖面探測施工設計圖，圖2位巷-孔瞬變電磁扇面超前探測施工設計圖。

圖1中紅色、藍色、綠色線框圈定的范圍，分別為F2-5、F2-7和F2-18號孔的剖面探測覆蓋范圍，孔中瞬變電磁剖面探測的覆蓋范圍是以鉆孔為軸心，徑向距離約25m左右的圓柱體，其在CAD圖中的水平投影范圍是以鉆孔為中心，半徑約為25m的矩形區域。從圖中可以看出，孔中瞬變電磁剖面探測范圍較好的覆蓋裂隙破碎帶，并在垂向上有約50m的覆蓋范圍，能較好的覆蓋迎頭前方的目標測區。

圖2中紅色、藍色、綠色扇形圈定的范圍，分別為F2-5、F2-7和F2-18號孔的扇面探測覆蓋范圍，擬在每一鉆孔中的三個深度進行扇形掃面，三組扇形的探測區域的重疊部分，即為裂隙破碎帶的范圍。根據現場情況，施工鉆孔中均下有12-16m的套管，為了避免強金屬干擾，巷-孔瞬變電磁扇面超前探測擬選擇施工鉆孔深度為15m與25m。

4 巷-孔瞬變電磁剖面探測成果分析

4.1 1號孔處理結果

本次巷-孔瞬變電磁徑向探測預報鉆孔旁側半徑25m-30m左右的低阻異常區，施工鉆孔為1號巖孔，共計采集測點28個，測點間距3m，施工測線從孔深12m至孔底93m。1號孔Z分量擬電阻率成果圖如圖3所示，從圖中可以看出，測區內視電阻率曲線分布均勻，沒有明顯的異常區，分析認為鉆孔徑向30m沒有明顯的低阻異常區。

4.2 2號孔處理結果

2號孔由于塌孔問題，共計采集測點15個，測點間距2m，施工測線從孔深0m至28m。2號孔Z分量擬電阻率成果圖如圖4所示，從圖中可以看出，測區內沒有明顯的低阻異常區，視電阻率相對變化不大，在孔深22m—26m有一處相對較弱的低阻異常，標記為①號異常。根據施工現場情況分析，探頭在推送至孔內28米處遇見塌孔，表明該段煤層和圍巖相對破碎，鑒于異常相對較弱，推測可能為圍巖破碎引起的視電阻率變化的反應。

4.3 3號孔處理結果

3號孔共計采集測點52個，測點間距2m，施工測線從孔深0m至102m。3號孔Z分量擬電阻率成果圖如圖5所示，從圖中可以看出，測區內有兩處較為明顯弱低阻區，分別為孔深2m-6m處的①號異常和孔深82m—94m處的②號異常，鑒于①號異常主要是由于3號點（4m）原始數據突然抬升所致，綜合分析可能為干擾所致的假異常，因此3號孔周圍主要異常為②號異常。

基于3號孔Z分量處理結果，為了分析②號異常相對于鉆孔的方位，需要進行水平分量解釋。孔中瞬變電磁剖面探測水平分量解釋，主要是根據垂直正交于鉆孔的兩組水平分量X、Y分量的幅值變化，判斷異常中心方位角。

3號孔水平分量在②號異常區段（82m—96m）的純異常響應曲線，X分量呈現先正后負的“反S”形態，Y分量呈現先負后正的“S”形態，根據水平分量響應曲線分布圖可以看出，當X分量為“反S”形態，Y分量為“S”形態時，異常位于第二象限，即鉆孔左下方，進一步計算方位角度得知，異常中心位置的方位角為115.6°。

5 結論

（1）1號孔徑向25m左右沒有明顯的低阻區，2號孔在孔深22—26m的低阻異常區推測為圍巖破碎引起的視電阻率變化，3號孔在孔深82m—96m附近的低阻異常區，是本次三個鉆孔探測成果中的主要異常。

圖3：1號孔Z分量處理成果

圖4：2號孔Z分量處理成果

圖5：3號孔Z分量處理成果

（2）通過水平分量分析，3號孔測區中的②號異常位于鉆孔左下方，孔深方向延伸規模約14m，該規模相比目標陷落柱的規模較小，推測為煤層底板裂隙水的可能性較大。

（3）與其他物探方法相比，孔中瞬變電磁法施工方便、快捷、效率高、方向性好、對含水體反應敏感，在實際應用中收到了很好的效果。對煤系地層應該加強基礎研究，提高瞬變電磁法資料解釋的準確性，做好煤礦突水事故的預防預報工作。