摘  要：瞬變電磁法對(duì)地下水反應(yīng)敏感，而礦井瞬變電磁法具備距離目標(biāo)體近，分辨率高的特點(diǎn)。為此使用福州華虹智能科技開發(fā)有限公司研發(fā)生產(chǎn)的YCS40（A）瞬變探測(cè)儀，采用重疊回線裝置布置線圈，對(duì)貴州盤江精煤股份有限公司月亮田礦1118117工作面頂板賦水性進(jìn)行了探查，指出1118117工作面回風(fēng)巷頂板以上至100米高度的范圍內(nèi)（0~180m段），受1118115工作面采動(dòng)影響，頂板含水裂隙發(fā)育，巷道頂部存在富水異常區(qū)，并得到了鉆孔探放水施工驗(yàn)證，為工作面安全回采提供了可靠的技術(shù)支持。井下探放水和工作面回采資料表明，瞬變電磁法探測(cè)工作面頂板賦水性具有較高的準(zhǔn)確性。

　　關(guān)鍵詞：礦井瞬變電磁法；重疊回線；賦水性探測(cè)

　　中圖分類號(hào)：  P631.325  　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：  A      文章編號(hào)：2095-0802-(2012)06-00  -00

　　Transient Electromagnetic Method in the Detection of Working Face Roof Water Bearing Application

　　LUO Jun

　　（Guizhou Panjiang Coal Limited Liability Company, Liupanshui  553532, Guizhou, China）

　　Abstract: Transient electromagnetic method to groundwater and sensitive response, mine transient electromagnetic method with distance from the target object, high resolution. Therefore the use of Fuzhou Huahong intelligent science and technology development limited company R & D and production of YCS40( A ) transient detector, using overlapping loop coils are arranged, on Guizhou Panjiang Coal Company Limited of Yueliangtian mine1118117working face roof water bearing undertook exploration, out of 1118117working face air return way above the top plate to the 100 m high range (0 ~180m ), by the 1118115working face mining influence, roof aqueous fractured, top of the tunnel in water rich anomaly area, and the drilling exploration and drainage construction test, for the working face mining safety provides reliable technical support. Drilling flak and mining data show, transient electromagnetic method for detecting water bearing roof of working face with high accuracy.

　　Key word: mine transient electromagnetic method; overlap loop; water bearing detection

　　0引言

　　水害是影響礦井安全生產(chǎn)的主要因素之一，為保證煤層的正常開采，在煤層開采之前對(duì)煤礦開采區(qū)進(jìn)行水文地質(zhì)勘探，查明煤層頂、底板圍巖的賦水情況、斷層裂隙的分布和采空區(qū)的積水情況，及主要斷層的含水及賦水性等問(wèn)題具有十分重要的意義。瞬變電磁法用于煤田地下水探測(cè)已有多年，取得了較好的地質(zhì)效果。但到目前為止，瞬變電磁法主要用于地面探測(cè)，其理論基礎(chǔ)基于地下半空間電磁理論。而礦井瞬變電磁探測(cè)目前在國(guó)內(nèi)外都處于研究階段，實(shí)際工作不多。理論上講，井下觀測(cè)時(shí)，發(fā)射、接收線圈距目標(biāo)體較近，在巷道內(nèi)可與含、導(dǎo)水構(gòu)造形成最佳偶合，得到較強(qiáng)的瞬變信號(hào)。但在實(shí)際探測(cè)過(guò)程中，巷道空間、變化多樣的支護(hù)條件及金屬體對(duì)礦井瞬變電磁場(chǎng)的分布規(guī)律都會(huì)產(chǎn)生較為復(fù)雜的影響，使得礦井瞬變電磁法的探測(cè)精度大為降低。因此，在具體施工過(guò)程中，應(yīng)靈活設(shè)計(jì)測(cè)點(diǎn)和線圈位置，使線圈裝置遠(yuǎn)離這些金屬體，并且靠近探測(cè)目標(biāo)體所在巷道一側(cè)，以獲得較好的探測(cè)效果。

　　1地質(zhì)概況

　　月亮田煤礦1118117工作面是綜采工作面。工作面走向長(zhǎng)814 m，傾斜長(zhǎng)181 m，煤層厚度1.4 m~1.8 m，平均1.6 m，工作面底板高程+1 256.8 m~+1 301.4 m。本工作面煤層傾角7°～14°，平均傾角10°。工作面范圍內(nèi)煤層小的寬緩褶皺發(fā)育，底板起伏不大，構(gòu)造主要表現(xiàn)為斷層、"頂壓"，并伴有原生節(jié)理、裂隙發(fā)育。切眼至停采線內(nèi)實(shí)揭露落差大于1 m的斷層共有8條，其中F3、F4斷層貫穿工作面。工作面回采過(guò)程中涌水來(lái)源主要為頂板冒落裂隙水，受1118115工作面采動(dòng)影響，1118117工作面回風(fēng)巷在掘進(jìn)過(guò)程中頂板有滴、淋水現(xiàn)象[1]。地面標(biāo)高+2 043 m，地表水與地下水無(wú)水力聯(lián)系。

　　2儀器與施工方法

　　本次探測(cè)所采用儀器為福州華虹智能科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的YCS40（A）瞬變電磁系統(tǒng)。本次探測(cè)采用中心重疊回線裝置，發(fā)射匝數(shù)9，接收匝數(shù)18，線圈邊長(zhǎng)2 m，該模式是最佳的淺部勘探電磁系統(tǒng)。本次探測(cè)技術(shù)參數(shù)如下。

　　2.1儀器參數(shù)設(shè)置

　　發(fā)射電壓：12 V；發(fā)射頻率8.3 Hz；疊加次數(shù)：128；抑制系數(shù)：3；測(cè)道數(shù)：40；                   記錄時(shí)窗：0.008 ms～864 ms。

　　2.2裝置參數(shù)設(shè)置

　　發(fā)射線框的邊長(zhǎng)：2 m；發(fā)射線框匝數(shù)：9；電阻要求：≤10  ；接收線框邊長(zhǎng)：2 m；接收線框匝數(shù):18。

　　本次探測(cè)測(cè)點(diǎn)間距10 m，實(shí)際測(cè)量時(shí)，為了在巷道內(nèi)探測(cè)到頂板巖層內(nèi)富水區(qū)域，采用多匝線框，探測(cè)頂板方向及與煤層呈45°夾角斜上方向，放射線框與接收線框匝數(shù)不等，中心重疊回線裝置，以便與地下（探測(cè)方向）異常體產(chǎn)生最佳偶合響應(yīng)[2]。

　　3探測(cè)結(jié)果分析

　　根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，視電阻率在1  .m以下時(shí)，工作面頂板相對(duì)富水，但對(duì)于泥巖等電阻率值相對(duì)較低的巖層，在探測(cè)解釋成果中也會(huì)出現(xiàn)較低的視電阻率值，在數(shù)據(jù)解釋時(shí)，結(jié)合地質(zhì)情況，對(duì)低阻異常進(jìn)行解釋。

　　本次探測(cè)自1118117工作面自工作面30 m作為探測(cè)的0點(diǎn)位置，1118117工作面回風(fēng)巷測(cè)線長(zhǎng)550 m，運(yùn)輸巷測(cè)線長(zhǎng)580 m，總測(cè)線長(zhǎng)1 130 m，分別對(duì)1118117工作面頂板及兩幫45°方向進(jìn)行了探測(cè)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系列處理，最終得出TEM視電阻率擬斷面圖[3]。

　　圖1和圖2是本次探測(cè)的1118117工作面回風(fēng)、運(yùn)輸TEM視電阻率擬斷面圖及對(duì)應(yīng)的色標(biāo)，圖中不同的顏色表示不同的視電阻值，電阻率由低到高按照從冷色調(diào)到暖色調(diào)升高的規(guī)律分布。因此填充了不同顏色的該斷面圖可以更直觀的判斷探測(cè)區(qū)域頂板電阻率的分布情況。橫坐標(biāo)代表測(cè)點(diǎn)位置，縱坐標(biāo)代表沿探測(cè)方向的探測(cè)深度。

　　圖1 1118117工作面回風(fēng)TEM探測(cè)視電阻率擬斷面圖

　　圖2 1118117工作面運(yùn)輸TEM探測(cè)視電阻率擬斷面圖

　　一般情況下，在同一條件下巖石的電阻率不會(huì)發(fā)生變化。但如果巖石（煤）出現(xiàn)空區(qū)或者充水那么巖石的電阻率就會(huì)發(fā)生大的變化。從圖一中可以發(fā)現(xiàn)，1118117工作面回風(fēng)左45°方向探測(cè)視電阻率存在較大差異，在測(cè)線的0 m～400 m，頂板上方深部70 m開外的區(qū)域存在低阻異常（藍(lán)色區(qū)域），結(jié)合地質(zhì)資料分析判斷：受1118115工作面采動(dòng)影響，巖層裂隙發(fā)育，與煤層上部含水層連通導(dǎo)致裂隙含水[4]。其它兩個(gè)方向探測(cè)視電阻率差異不大，說(shuō)明探測(cè)方向煤巖體富水性較差。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，多處存在小范圍低阻異常，結(jié)合地質(zhì)資料分析判斷：斷層裂隙與煤層上部含水層相連，導(dǎo)致斷層裂隙局部含水。

　　為進(jìn)一步對(duì)1118117工作面頂板賦水性進(jìn)行解釋，利用1118117工作面回風(fēng)、運(yùn)輸TEM探測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)1118117工作面頂板60 m、80 m、100 m不同深度進(jìn)行切片處理，以便于綜合分析[5]。

　　圖3 1118117工作面不同深度TEM探測(cè)切面圖

　　從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，回風(fēng)距切眼180 m范圍內(nèi)出現(xiàn)低阻異常，經(jīng)過(guò)綜合解釋，1118117工作面受1118115工作面采動(dòng)影響比較大，回風(fēng)距切眼180 m頂板含水裂隙發(fā)育，巷道頂部存在富水帶。

　　在圈定的相對(duì)富水異常區(qū)進(jìn)行打鉆放水，先期在相對(duì)富水區(qū)各施工鉆孔3個(gè)，觀測(cè)鉆孔放水情況，安裝結(jié)束后再加密鉆孔對(duì)異常富水區(qū)進(jìn)行探放水[6]。工作面正常涌水量25 m3/h ~30 m3/h，最大突水量為75 m3/h。分析圈定富水異常區(qū)放水量達(dá)9 960 m3。鉆探結(jié)果證明，瞬變電磁法在探測(cè)低阻異常體時(shí)具有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性。

　　4結(jié)論

　　a)TEM探測(cè)視電阻率擬斷面圖及相對(duì)視電阻率響應(yīng)曲線是判斷探測(cè)區(qū)域賦水異常最重要的一句，剖面中有強(qiáng)異常的位置，是最可能含水的地方。雖然從圖上不能判斷富水區(qū)的準(zhǔn)確位置，但為地質(zhì)解釋提供了重要依據(jù)；

　　b)礦井瞬變電磁法裝置形式靈活多樣，為探測(cè)工作面頂板的賦水性情況，可選擇線框法線垂直頂板及與煤層呈45°夾角斜向上等幾個(gè)方向進(jìn)行探測(cè)，以對(duì)頂板賦水性做全面的了解，同時(shí)取得較好的探查效果；

　　c)瞬變電磁法具有對(duì)低阻體反映靈敏、分辨率較高的特點(diǎn)，用于對(duì)水害的探測(cè)具有其它物探方法比擬的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)瞬變電磁法還具有施工方便、高效、成本低、對(duì)地形地物條件要求小等優(yōu)點(diǎn)。

　　參考文獻(xiàn)：

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