瞬變電磁儀在趙莊煤業(yè)3305工作面的應(yīng)用

王永生

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán) 趙莊煤業(yè)地質(zhì)測(cè)量部，046605）

0 引言

煤礦水害是與瓦斯突出、粉塵爆炸、頂板冒裂、火災(zāi)等并列的五大災(zāi)害之一，受水威脅的煤炭?jī)?chǔ)量占探明儲(chǔ)量的27%，其嚴(yán)重程度僅次于瓦斯列第二。而頂?shù)装迳皫r裂隙水是華北型煤田最主要的煤礦突（透）水水害類型之一。

趙莊礦主采煤層3號(hào)煤層的直接充水含水層為砂巖裂隙含水層，其富水性極不均一，井下巷道掘進(jìn)及回采表明，砂巖裂隙水出水水量大小不均，水量小時(shí)僅為每小時(shí)幾個(gè)立方米，水量大時(shí)可達(dá)每小時(shí)數(shù)百立方米。由于富水性的不確定性，給井下防治水工作帶來難度，使巷道掘進(jìn)及工作面的回采造成威脅。由于目前礦區(qū)砂巖裂隙水的富水程度及其裂隙導(dǎo)通水性能需進(jìn)一步詳細(xì)分析與研究，以便減少和消除砂巖水對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成威脅，故開展趙莊煤礦工作面頂?shù)装遒x水性探測(cè)與研究課題，總結(jié)出工作面3#煤層出水特征及影響涌水的主要因素，對(duì)3305工作面煤層頂?shù)装遒x水性進(jìn)行探測(cè)與評(píng)價(jià)等研究，提出水害的綜合防治措施，為趙莊礦3#煤層的安全高效開采提供地質(zhì)保障系統(tǒng)資料。

1 物探方法簡(jiǎn)介

1.1 礦井瞬變電磁法

瞬變電磁法或稱時(shí)間域電磁法（簡(jiǎn)稱TEM），它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間，利用線圈或接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的方法。

1.2 直流電法

礦井直流電法屬全空間電法勘探。它以巖石的電性差異為基礎(chǔ)，與地面電法不同，在全空間條件下建場(chǎng)，在地下巷道中進(jìn)行電法測(cè)量工作，地下電流通過布置在巷道內(nèi)的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間穩(wěn)定電場(chǎng)，該穩(wěn)定電場(chǎng)特征取決于巷道周圍巖石的電性特征及其賦存狀態(tài)，測(cè)量該電場(chǎng)的變化規(guī)律，使用全空間電場(chǎng)理論處理和解釋，就可找到巷道周圍巖石中引起電場(chǎng)變化的水文、地質(zhì)構(gòu)造等規(guī)律。

2 探測(cè)方案

對(duì)趙莊礦33051巷道、33052巷道及探巷進(jìn)行了第一輪探測(cè)，線圈布置在針對(duì)巷道底板、頂板、45°方向和60°方向，探測(cè)方向?yàn)榫€圈法向。探測(cè)方向示意圖如圖1所示。

圖1 巷道探測(cè)方向示意圖

33051巷道和33052巷道及探巷瞬變電磁探測(cè)總體布置方案路線如圖2所示。

本次瞬變電磁法探測(cè)選用發(fā)射電流為1A，頻率25Hz，發(fā)射線圈2×2m×64匝，接收線直徑0.6m。偶極觀測(cè)系統(tǒng)，接收線與發(fā)射線圈的間距20m，探測(cè)段為33051巷道1770m和33052巷道1140m以及探巷260m共三段，測(cè)線總長(zhǎng)為3170m。發(fā)射線框和接收線框分別為匝數(shù)不等、且完全分離的兩個(gè)獨(dú)立線框，以便與煤層頂板含水異常體產(chǎn)生最佳耦合響應(yīng)。為探測(cè)含水構(gòu)造的發(fā)育情況，實(shí)際測(cè)量時(shí)將測(cè)量裝置布置在巷道靠近煤幫，測(cè)點(diǎn)分別布置在巷道側(cè)幫，沿巷道逐點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，測(cè)線布置長(zhǎng)度為3170m，完成探測(cè)317個(gè)物理點(diǎn)，采集數(shù)據(jù)約317×4＝1268組。最后對(duì)整個(gè)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行資料處理、分析和解釋。

圖2 巷道瞬變電磁探測(cè)方案布置圖

3 3305工作面底板探測(cè)成果及其分析

探測(cè)成果如圖3，其中，藍(lán)色（淺色）到紅色（深色），代表視電阻率值由小到大變化，由圖可得出結(jié)論如下：

①由于賦水地質(zhì)體及泥質(zhì)含量較高的巖體，其視電阻率表現(xiàn)為低阻反射區(qū)，而不含水的砂巖、煤層、灰?guī)r等則表現(xiàn)為視電阻率高阻反射。圖中深色線表示視電阻率值低于3的等值線，一般認(rèn)為主要是富水區(qū)或較濕的巖體的反映。淺色線表示視電阻率值為5的等值線，據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為是泥質(zhì)成份含量較高的泥巖或較濕的巖體反射區(qū)。總體上，從3305工作面上下順槽探測(cè)成果看，未發(fā)現(xiàn)較大的視電阻率低阻異常區(qū)，局部有低阻反射現(xiàn)象。

②在小斷裂發(fā)育的部位，巖體相對(duì)富水，具體富水部位參考成果圖中的深色等值線所圈定的淺色區(qū)域。

4 3305工作面頂板探測(cè)成果及其分析

3305工作面頂板探測(cè)成果圖見4。

圖3 3305工作面底板礦井瞬變電磁探測(cè)視電阻率分布圖

圖4 3305工作面頂板礦井瞬變電磁探測(cè)視電阻率分布圖

由探測(cè)成果，可得出如下結(jié)論：

①由圖可見，相對(duì)賦水部位主要集中在小斷裂發(fā)育部位以及向斜構(gòu)造軸部附近。

②從總體上看，工作面頂板沒有較大的富水體，但局部出現(xiàn)視電阻率較低的異常區(qū)，具體見頂板探測(cè)成果圖。

5 措施

針對(duì)本次探測(cè)研究成果，在3305工作面頂板雖然大部分不存在較大的砂巖裂隙水水體，但在井下探測(cè)施工時(shí)，局部還是存在有少量的頂板砂巖水。為了更好地對(duì)成果進(jìn)行校正及驗(yàn)證，以便取得更加適合于本井田瞬變電磁探測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，防治頂板水害的發(fā)生，根據(jù)瞬變電磁探測(cè)成果，建議進(jìn)行局部的探放水工作。

6 結(jié)論

通過數(shù)據(jù)采集取得了以下幾方面的地質(zhì)成果：

①?gòu)目傮w上看，3305工作面頂板沒有較大的富水體，但局部出現(xiàn)視電阻率較低的異常區(qū)。

②從工作面上下順槽探測(cè)成果看，未發(fā)現(xiàn)較大的視電阻率低阻異常區(qū)，局部有低阻反射現(xiàn)象。

③相對(duì)賦水部位主要集中在小斷裂發(fā)育部位以及向斜構(gòu)造軸部附近。