礦井瞬變電磁法探測(cè)上層采空區(qū)積水的應(yīng)用實(shí)踐

李鵬舉

（同煤集團(tuán)忻州窯礦，山西 大同 037000）

大同煤業(yè)股份有限責(zé)任公司忻州窯煤礦開采歷史悠久，1918年即已以土法開采3號(hào)煤層，目前礦井核定生產(chǎn)能力為230×104t/a，主要開采煤層為14-3號(hào)煤層?xùn)|二盤區(qū)、東三盤區(qū)，開拓煤層為14-3號(hào)煤層西一盤區(qū)、14-2號(hào)煤層西二盤區(qū)。

1 工作面地質(zhì)概況及水患分析

1.1 工作面地質(zhì)概況

14-3號(hào)煤層?xùn)|二盤區(qū)8310工作面可采走向長(zhǎng)858.5m，傾向長(zhǎng)130.8m，工作面對(duì)應(yīng)地面位置為忻州窯礦原北山住宅區(qū)（已搬遷），煤層埋藏深度330～355m左右。工作面位于忻州窯井田向斜東部，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層厚度最小3.6m，最大7.4m，平均5.18m，局部賦存1～2層夾石，厚0.1～0.3m，煤層傾角1～6°，平均2°。

1.2 工作面水患分析

14-3號(hào)煤層?xùn)|二盤區(qū)8310工作面水文地質(zhì)條件中等，煤巖層微含水，預(yù)計(jì)工作面在掘進(jìn)過程中局部頂板有滴水及淋水現(xiàn)象，在巷道低洼處形成積水。8310工作面煤層之上25m左右為12號(hào)煤層采空區(qū)（局部可采），煤層之上45～60m左右為11-2號(hào)煤層采空區(qū)，預(yù)計(jì)采空區(qū)內(nèi)有大量積水。

2 TEM法在積水采空區(qū)探查中的應(yīng)用

2.1 工作方法

2.1.1 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和探測(cè)目的探測(cè)布置

14-3號(hào)煤層?xùn)|二盤區(qū)8310順槽巷10#測(cè)點(diǎn)前14m處迎頭采用圖1方式進(jìn)行瞬變電磁探測(cè)，布置測(cè)線3條，每條測(cè)線13個(gè)物理點(diǎn)，總計(jì)39個(gè)物理點(diǎn)。每個(gè)物理點(diǎn)測(cè)3個(gè)方向，分別是頂板斜上30°、順層0°、底板斜下30°方向，探測(cè)迎頭正前方及頂?shù)装甯凰闆r。通過在探測(cè)點(diǎn)移動(dòng)發(fā)射接收線圈，形成3 條超前探測(cè)的實(shí)測(cè)剖面。

2.1.2 施工技術(shù)措施

礦井瞬變電磁法勘探裝置類型采用重疊回線組合裝置，邊長(zhǎng)2m的激發(fā)和接收正方形線圈，激發(fā)線圈匝數(shù)l0匝，接收線圈匝數(shù)20匝。每個(gè)測(cè)點(diǎn)至少采用32次疊加方式提高信噪比，確保了原始數(shù)據(jù)的可靠性。

2.2 資料分析與地質(zhì)效果

本次瞬變電磁探測(cè)數(shù)據(jù)處理采用YCS40(A)型礦井瞬變電磁儀配套的MTem2.0處理系統(tǒng)，其處理主要流程為：數(shù)據(jù)上傳—格式轉(zhuǎn)換—數(shù)據(jù)濾波處理—計(jì)算晚期視電阻率—正反演計(jì)算—結(jié)果成圖。

經(jīng)上述數(shù)據(jù)處理過程，獲得巷道前方頂板瞬變電磁剖面結(jié)果，圖中不同的顏色代表不同的視電阻率值，顏色由淺到深說明阻值從大變小的趨勢(shì)。由于受迎頭現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制，從視電阻率剖面圖中僅可以初步判定探測(cè)區(qū)域內(nèi)探測(cè)方向上100m左右范圍內(nèi)電性變化的情況，探測(cè)結(jié)果如圖2所示。

圖1 瞬變電磁施工布置示意圖

圖2 探測(cè)結(jié)果圖

探測(cè)結(jié)果具體分析如下：

在巷道頂板30～90°方向，60～100m有明顯低阻異常區(qū)，視電阻率相對(duì)偏低，推測(cè)為上層11-2號(hào)煤層采空區(qū)有積水存在。經(jīng)鉆探驗(yàn)證上覆11-2號(hào)煤層?xùn)|一盤區(qū)8101采空區(qū)內(nèi)存在采空區(qū)積水，其鉆探驗(yàn)證如圖3所示。

3 結(jié)論

本次通過大同煤業(yè)股份有限責(zé)任公司忻州窯礦的生產(chǎn)實(shí)踐，進(jìn)一步驗(yàn)證瞬變電磁法物探對(duì)地質(zhì)低阻體的良好響應(yīng)特征。并研究通過井下瞬變電磁法物探尋找確定上覆采空區(qū)積水位置的可行性，且經(jīng)鉆孔驗(yàn)證上覆采空范圍位置準(zhǔn)確可靠，取得良好實(shí)際應(yīng)用效果。通過物探探測(cè)，鉆孔驗(yàn)證的實(shí)際探測(cè)實(shí)例證明，礦井瞬變電磁法對(duì)上覆煤礦采空區(qū)積水探測(cè)，是一種可靠有效的探測(cè)方法。礦井瞬變電磁法憑借其對(duì)低阻反應(yīng)敏感，方向性強(qiáng)，體積效應(yīng)小、便于施工、工作效率高和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在探測(cè)煤礦采空區(qū)積水、含(導(dǎo))水地質(zhì)構(gòu)造、充水鉆孔等方面取得了很好的應(yīng)用效果。隨著瞬變電磁法應(yīng)用研究準(zhǔn)確性的不斷提高，瞬變電磁法在探測(cè)煤礦采空區(qū)積水、含(導(dǎo))水地質(zhì)構(gòu)造、充水鉆孔等含水地質(zhì)構(gòu)造的應(yīng)用前景十分廣闊，對(duì)煤礦礦井突水防治及安全生產(chǎn)具有重要的意義。

圖3 鉆孔驗(yàn)證示意圖