瞬變電磁法在探測(cè)采煤工作面頂板巖層水害中的應(yīng)用初探

【摘 要】瞬變電磁法在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，但在探測(cè)采煤工作面頂板巖層水害方面的應(yīng)用還不是很多。為此，本文將結(jié)合某采煤工作面的實(shí)際情況，對(duì)瞬變電磁法在探測(cè)采煤工作面頂板巖層水害的應(yīng)用進(jìn)行初步的探討。

【關(guān)鍵詞】探測(cè);頂板巖層;水害

1.引言

水災(zāi)是煤礦井下最常見(jiàn)的其中一種災(zāi)害，主要表現(xiàn)為采空區(qū)積水、含水巖層的透水與突水等。為此，在井下生產(chǎn)中，必須對(duì)有可能形成水災(zāi)的區(qū)域提前進(jìn)行探測(cè)，以保證井下的安全生產(chǎn)。本文基于此，結(jié)合某礦實(shí)際情況，進(jìn)行瞬變電磁法在探測(cè)采煤工作面頂板巖層水害中的應(yīng)用研究。目前，國(guó)內(nèi)外用于煤礦井下水害探測(cè)的物探方法主要有礦井直流電法、音頻電透視法、瑞利波法及礦井地質(zhì)雷達(dá)等[1]。但受井下實(shí)際情況的影響，這些方法各有其特點(diǎn)和不足，滿足不了井下作業(yè)的需要。如瑞利波法和礦井地質(zhì)雷達(dá)法可以用于超前探測(cè)，具有定向性好、探測(cè)精度高的優(yōu)點(diǎn)，但超前探測(cè)距離較?。ㄒ话悴淮笥?0m）。相對(duì)而言，礦井直流電法和音頻電透視法應(yīng)用較多，但由于受體積效應(yīng)的影響比較大，這兩種方法的定向性都比較差。而瞬變電磁法是近年來(lái)發(fā)展很快，得到廣泛應(yīng)用的一種電法勘探分支方法[2-4]，并且具有對(duì)低阻含水體特別靈敏、體積效應(yīng)小、縱橫向分辨率高、定向性（方位性）好、探測(cè)距離大，可用于井下全方位探測(cè)，施工方便、快捷、效率高等特點(diǎn)。

2.應(yīng)用瞬變電磁法的施工技術(shù)

2.1采煤工作面概況

該采煤工作面待采煤層為13＃煤，3.1m，煤層傾角7°，煤層賦存穩(wěn)定。煤層頂板：直接頂為L(zhǎng)1灰?guī)r，上部為細(xì)砂巖、中粗砂巖；底板：直接底為粉細(xì)砂巖發(fā)育。13＃煤頂板灰?guī)r含水層富水性具有明顯的不均一性，局部富水性較強(qiáng)，預(yù)計(jì)巷道掘進(jìn)過(guò)程中，在斷層及裂隙發(fā)育處有滴淋水現(xiàn)象。13＃煤頂板上方50m左右為8＃煤采空區(qū)，采空區(qū)積水情況不清，該工作面在回采時(shí)將受L1灰?guī)r及老空水的威脅。另，運(yùn)輸順槽長(zhǎng)1600m、回風(fēng)順槽長(zhǎng)1500m。通過(guò)探測(cè)，要確定該采煤工作面頂板8＃煤采空區(qū)的含水性和富水異常分布情況；探測(cè)頂板隱伏地質(zhì)構(gòu)造含水性及富水異常分布情況；為工作面提前探放水、安全回采提供相應(yīng)的水文地質(zhì)情況。

2.2采用儀器與裝置形式

瞬變儀采用Terra TEM型儀器。該型號(hào)的儀器具有采樣自動(dòng)化程度高、壓制干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等特點(diǎn)。探測(cè)采用重疊回線裝置，發(fā)射和接收線框采用多匝2m×2m的矩形回線。采樣時(shí)窗為34，疊加次數(shù)為128，時(shí)間采用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間序列。

2.3施工方法

為順利實(shí)現(xiàn)探測(cè)任務(wù)，根據(jù)實(shí)際水文地質(zhì)、巷道掘進(jìn)等情況，在采煤工作面運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽頂板方向進(jìn)行如圖1所示的探測(cè)。

2.4測(cè)點(diǎn)布置

瞬變電磁法以10m的點(diǎn)距布置測(cè)點(diǎn)，在采煤工作面的運(yùn)輸順槽頂板方向共布置160個(gè)測(cè)點(diǎn)，在回風(fēng)順槽頂板方向共布置150個(gè)測(cè)點(diǎn)。

3.綜合分析

根據(jù)所采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行視電阻率等值線斷面圖的繪制，其中帶箭頭標(biāo)注為巷道內(nèi)布置的測(cè)點(diǎn)，另一標(biāo)注為水平距離，左右兩側(cè)為沿探測(cè)方向上的探測(cè)距離。在進(jìn)行資料解釋時(shí)，異常的劃分標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)視電阻率等值線斷面圖上電阻率值的相對(duì)大小與分布范圍，隱伏含水構(gòu)造等富水體的賦存特點(diǎn)。對(duì)于富水異常區(qū)的富水性，瞬變電磁法僅能做相對(duì)的定性評(píng)價(jià)，視電阻率值小且分布較大的異常區(qū)域一般表明巖層內(nèi)部連通性較好、含水量較大，給予其富水性的相對(duì)評(píng)價(jià)為富水性強(qiáng)；視電阻率值較大且分布較小的異常區(qū)的富水性為富水性一般；再次者為富水性差。另外，為了做到進(jìn)一步的準(zhǔn)確判斷，還需結(jié)合地質(zhì)說(shuō)明，在去除干擾異常因素條件下，進(jìn)行分析與推測(cè)相結(jié)合以進(jìn)行判定。

結(jié)合上述方法，通過(guò)分析運(yùn)輸順槽頂板探測(cè)的視電阻率等值線斷面圖，頂板向中深度范圍0～40m，視電阻率等值線橫向變化相對(duì)不大，橫向分布上視電阻率值大小起伏相對(duì)穩(wěn)定，從整體看該工作面煤層頂板電性橫向分布相對(duì)均勻；頂板向上40～90m深度范圍視電阻率等值線起伏較大，出現(xiàn)低阻條帶與低阻閉合圈，但低阻范圍主要在60～90m，說(shuō)明縱向深部地層具有含水性；總體視電阻率值主要在20～100Ω·m區(qū)間，根據(jù)視電阻率相對(duì)大小與分布范圍，確定25Ω·m等值線為異常劃分界線?？傮w看視電阻率等值線縱向上電性特征明顯，單個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)8＃煤層位基本都有異常反應(yīng)，由于視電阻率值較高，頂板地層基本弱含水，未見(jiàn)大的含水構(gòu)造。結(jié)合水文地質(zhì)特征圈出一個(gè)異常區(qū)：位于運(yùn)輸順槽80～91號(hào)測(cè)點(diǎn)之間，為一較寬范圍低阻條帶，異常頂端位于頂板上方50m左右，且向上部延伸，可推斷為頂板上50～80m發(fā)育采空區(qū)且為積水反映，基本表現(xiàn)為條帶狀，說(shuō)明采空區(qū)已被再堆積充填。

對(duì)回風(fēng)順槽的視電阻率等值線斷面圖也進(jìn)行同樣的分析得出，單個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)8#煤層位基本都有異常反應(yīng)，反應(yīng)相對(duì)劇烈，高低阻特征明顯，頂板地層具有含水。結(jié)合水文地質(zhì)特征圈出2個(gè)異常區(qū)：

A異常區(qū)：位于回風(fēng)順槽49～60號(hào)測(cè)點(diǎn)之間，深度在頂板向上50～90m范圍內(nèi)，為一開(kāi)口向上的低阻異常，可推斷為頂板采空區(qū)發(fā)育積水反映。

B異常區(qū)：位于回風(fēng)順槽83～95號(hào)測(cè)點(diǎn)之間，深度在頂板向上50～90m范圍內(nèi)，為一開(kāi)口向上的多低阻條帶組成的異常，可推斷為該地段頂板及采空區(qū)發(fā)育含水反映。

4.結(jié)論

根據(jù)分析，得出如下結(jié)論：

該工作面頂板上8#煤基本采空，但采空區(qū)局部少量積水，主要存在2種積水異常區(qū)：A、B兩異常區(qū)主要為上部50～90m采空區(qū)積水反映，A、B異常向頂板具有一定導(dǎo)升高度，總體看盡管頂板隔水層相對(duì)完整，但受采動(dòng)破壞，冒落裂隙帶將溝通老空區(qū)，老空水將直接威脅工作面的安全回采。為此，要做到如下幾點(diǎn)：1、重點(diǎn)對(duì)A、B異常區(qū)進(jìn)行探放水，若兩異常區(qū)無(wú)水，即可回采;2、工作面回采過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)異常區(qū)的水文觀測(cè)，進(jìn)一步完善排水系統(tǒng)，在回風(fēng)順槽下山低洼處提前做好水倉(cāng)，尤其在異常區(qū)割煤時(shí)，要盡量減少對(duì)頂板的破壞，加強(qiáng)排水管理。

參考文獻(xiàn)

[1]劉天放，李志聃主編.礦井地球物理勘探.北京:煤炭工業(yè)出版社，1992

[2]劉晨，尹星星.淺談瞬變電磁法在煤礦井下探測(cè)中的應(yīng)用.城市建設(shè)理論研究，2011(25)

[3]霍全明，王玉海，羅國(guó)平等.瞬變電磁法在煤礦水害預(yù)測(cè)防治中的應(yīng)用.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，1994

[4]程娟，康靜文.瞬變電磁法在煤礦水害探測(cè)中的應(yīng)用研究.山西煤炭，2008(1)