瞬變電磁法在煤礦防治水工作中的應(yīng)用

李旭春

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

近些年來，小型煤礦是水害事故發(fā)生的主要災(zāi)區(qū)，老空水為主要突水水源。其中山西發(fā)生的水害事故最多，近些年來達(dá)到14起，淹井事故時(shí)有發(fā)生。隨著煤礦逐年向更遠(yuǎn)更深的地方開采，遇到未知充水水源的可能性就更大，因此急切需要能夠預(yù)知水源儲(chǔ)存場(chǎng)所的技術(shù)或者儀器。通過筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)證實(shí)瞬變電磁儀能夠在很大程度上解決這一問題。本文即以作者在汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)公司工作時(shí)的工作經(jīng)歷，闡述瞬變電磁儀在煤礦探水中的應(yīng)用情況。

1 礦井瞬變電磁法簡(jiǎn)介

瞬變電磁法，又稱為時(shí)間域電磁法，是煤礦在探測(cè)礦井水方面的首選物探技術(shù)。瞬變電磁儀由發(fā)射回線和接收回線兩部分組成，其工作方法是發(fā)射回線通有的電流突然消失時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，地質(zhì)體內(nèi)部產(chǎn)生電磁感應(yīng)，然后接收回線接收二次磁場(chǎng)[1]。具體過程大致如下：當(dāng)發(fā)射回線中的電流由一定值突然變?yōu)榱銜r(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，就會(huì)在發(fā)射回線四周產(chǎn)生電磁波，電磁波向外傳播過程中如果遇到良性導(dǎo)體就會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生電流，該電流隨著時(shí)間進(jìn)行衰減就會(huì)產(chǎn)生二次磁場(chǎng)。二次磁場(chǎng)來源于地質(zhì)體，所以其數(shù)值等就會(huì)體現(xiàn)地質(zhì)體的相關(guān)信息，如位置、大小等。二次磁場(chǎng)由接收回線收集數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件處理，最后對(duì)地質(zhì)體信息進(jìn)行解釋。

2 礦井瞬變電磁儀在煤礦的實(shí)際應(yīng)用

2.1 水峪礦61106材料巷瞬變電磁儀探測(cè)

2.1.1 61106材料巷概況

61106材料巷位于水峪礦六采區(qū)，其巷道寬4.5m，巷高2.8m，沿11號(hào)煤層掘進(jìn)，平均傾角為3°。該工作面北為61104工作面，南為61108工作面，東為7001工作面，西鄰六采區(qū)大巷。工作面附近地質(zhì)構(gòu)造：工作面總體走向近東西向，該工作面前半部分為軸向北西的背斜構(gòu)造，后半部分為軸向南北的向斜構(gòu)造。工作面頂?shù)装寮昂畬樱罕竟ぷ髅嬖?1#煤層中穿層掘進(jìn)，上部為9#煤層采空區(qū)，可能在低洼處有積水，水文地質(zhì)情況較簡(jiǎn)單。

2.1.2 瞬變電磁儀探測(cè)

（1）探測(cè)前確保儀器電量充足，儀器狀況良好，無防爆不完好等情況。工作面迎頭停止作業(yè)，綜掘機(jī)退后20m，排盡迎頭積水后對(duì)工作面除必要的監(jiān)控儀器以外的電器和電纜進(jìn)行斷電。敲幫問頂確保工作環(huán)境安全后開始作業(yè)。

（2）本次探測(cè)共布置2條測(cè)線18個(gè)物理點(diǎn)，多測(cè)道曲線良好，數(shù)據(jù)全部合格。經(jīng)資料處理形成如圖1的成果圖，由成果圖可以直觀地看到頂板方向在前進(jìn)方向右側(cè)40m處存在低阻異常區(qū)；順層方向在前進(jìn)方向40m處存在低阻異常區(qū)。經(jīng)地測(cè)人員會(huì)議討論決定朝前進(jìn)方向右側(cè)40m處共設(shè)計(jì)并施工六個(gè)鉆孔，其中順層方向和頂板方向各三個(gè)鉆孔。

圖1 水峪煤業(yè)61106材料巷采空區(qū)探測(cè)成果圖

（3）經(jīng)過鉆探驗(yàn)證，在順層方向未發(fā)現(xiàn)有采空區(qū)，無積水。在頂板方向的三個(gè)鉆孔中有兩個(gè)鉆孔打到了9#煤層采空區(qū)，兩個(gè)鉆孔均有出水情況，其中一個(gè)鉆孔水量較大，約20m3/h,另一個(gè)鉆孔出水量約5m3/h。地測(cè)人員在第一時(shí)間取到水質(zhì)標(biāo)本，經(jīng)水質(zhì)化驗(yàn)確定為采空區(qū)積水。經(jīng)過三天時(shí)間的放水作業(yè)，直至兩個(gè)鉆孔的出水量基本上為零。為了安全起見，地測(cè)科人員又設(shè)計(jì)并施工了兩個(gè)驗(yàn)證孔，證實(shí)了采空區(qū)積水已經(jīng)被疏放完畢。此次放水作業(yè)放水量共計(jì)約1400m3。

2.2 水峪礦81101運(yùn)輸巷瞬變電磁儀探測(cè)

81101運(yùn)輸巷在太原組之10#、11#煤層下分層中掘進(jìn)，煤層平均厚度8.7m，老頂為K2石灰?guī)r，直接頂為泥巖，底板為鋁質(zhì)泥巖，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，平均傾角6°。該工作面東臨九采區(qū)三條大巷，西為井田邊界，南為后河村保安煤柱，北為小青河和馬莊村保安煤柱。

81101運(yùn)輸巷走向長(zhǎng)1170m，以270°方位，以3#矸做頂掘進(jìn)。在工作面前半部為走向北東、傾向南東的單斜構(gòu)造，工作面內(nèi)部有一軸向北東的向斜構(gòu)造。巷道北低南高，工作面內(nèi)可能有隱伏構(gòu)造存在。

根據(jù)小煤窯調(diào)查資料，該工作面所在區(qū)域?yàn)楹蠛有∶焊G破壞區(qū)（9#煤），巷道可能存在積水，預(yù)計(jì)積水范圍為13300m3，積水量為3325m3，水壓小于0.1MPa，預(yù)計(jì)水量10～30m3/h。施工前需備好排水設(shè)備，保持排水管路的暢通。根據(jù)煤礦防治水規(guī)定，在工作面掘進(jìn)期間，為了確保在掘進(jìn)施工過程中的安全，避免發(fā)生無預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)揭露導(dǎo)水構(gòu)造、采空區(qū)或老窯積水。地測(cè)科于2017年2月28日利用武漢地大科學(xué)研究院開發(fā)的CUGTEM礦用瞬變電磁儀在81101運(yùn)輸巷Y5#點(diǎn)前69m處進(jìn)行了瞬變電磁探測(cè)。探測(cè)結(jié)果顯示，在81101運(yùn)輸巷Y5#點(diǎn)前119m順層0°方向、頂板15°方向均在工作面前方50～100m范圍、左右兩幫40～100m范圍內(nèi)出現(xiàn)低阻異常區(qū)，根據(jù)采空區(qū)調(diào)查資料分析巷道正前可能存在小窯破壞區(qū)，為確保隊(duì)組安全生產(chǎn)，針對(duì)該異常區(qū)進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證。

此次鉆探驗(yàn)證共設(shè)計(jì)并施工了8個(gè)鉆孔，即兩個(gè)異常區(qū)分別在順層及頂板方向各施工兩個(gè)鉆孔，結(jié)果證實(shí)，與以往的絕大多數(shù)情況相同，異常區(qū)為9#煤層采空區(qū)積水，順層方向無異常。此次放水量共計(jì)約1000m3。結(jié)果證實(shí)了探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

經(jīng)過筆者多年使用瞬變電磁儀的經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，在煤礦井下日常的水文地質(zhì)物探方面，瞬變電磁儀無疑是十分高效可靠的。從另一方面來說，瞬變電也有其不足的地方，其容易受工作面潮濕的環(huán)境、巷道內(nèi)的金屬器械、電纜等的影響，所以為了探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性一定要將干擾因素降低到最小。在滿足瞬變電磁儀的工作環(huán)境后，其物探結(jié)果具有很高的利用價(jià)值。