孔中瞬變電磁剖面探測技術(shù)在漳村礦的應(yīng)用

文/唐平 徐冠男

本次探查目的是充分探查迎頭前方的可能存在的低阻異常區(qū)及導(dǎo)水構(gòu)造，擬利用現(xiàn)有探放水鉆孔實(shí)施巷孔瞬變電磁探測扇面超前探測及孔中瞬變電磁剖面探測，通過綜合地質(zhì)分析推斷破碎帶等導(dǎo)含水構(gòu)造的位置及范圍，保證6煤西翼輔運(yùn)大巷的安全掘進(jìn)。

1 基本原理

巷-孔瞬變電磁法的基本原理與瞬變電磁剖面法一致，區(qū)別在于施工方式和資料解釋手段不同。

孔中瞬變電磁剖面探測是將發(fā)射線框與接收探頭一同送入鉆孔中，逐點(diǎn)進(jìn)行三分量測量，通過順鉆孔方向的垂直分量Z的二次場分析鉆孔周圍可能存在的低阻異常區(qū)，通過垂直于鉆孔且相互正交的兩組水平分量X、Y（X分量垂直于孔向右，Y分量垂直于孔向下）的二次場分析異常相對(duì)于鉆孔的空間方位，最終形成以鉆孔為中心，徑向一定距離范圍內(nèi)的圓柱形探測區(qū)域。

2 儀器設(shè)備

本次試驗(yàn)設(shè)備，包括YCS2000A瞬變電磁儀1臺(tái)，多路發(fā)射機(jī)1臺(tái)，孔中接收探頭3根，發(fā)射線框4個(gè)，推送桿100根。

其中YCS2000A瞬變電磁儀負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交互與存儲(chǔ)記錄，多路發(fā)射機(jī)負(fù)責(zé)提供4路發(fā)射電流，孔中接收探頭負(fù)責(zé)在鉆孔內(nèi)進(jìn)行三分量瞬變信號(hào)測量。目前孔中探頭有φ40mm、φ50mm和φ55mm等多種型號(hào)，適用于不同的鉆孔探測，該套儀器適用于井下含瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，同時(shí)多路發(fā)射機(jī)提供相當(dāng)于12A、40匝的激發(fā)能量，可以大大提高信號(hào)質(zhì)量和探測范圍

3 施工設(shè)計(jì)

圖1：孔中瞬變電磁剖面探測示意圖

圖2：巷-孔瞬變電磁扇面超前探測示意圖

根據(jù)先期物探探測結(jié)果與鉆探結(jié)果，擬設(shè)計(jì)三個(gè)鉆孔進(jìn)行鉆孔瞬變電磁探測，分別覆蓋迎頭前方的左側(cè)、右側(cè)和下方，施工設(shè)計(jì)圖如圖1、圖2所示，其中圖1位孔中瞬變電磁剖面探測施工設(shè)計(jì)圖，圖2位巷-孔瞬變電磁扇面超前探測施工設(shè)計(jì)圖。

圖1中紅色、藍(lán)色、綠色線框圈定的范圍，分別為F2-5、F2-7和F2-18號(hào)孔的剖面探測覆蓋范圍，孔中瞬變電磁剖面探測的覆蓋范圍是以鉆孔為軸心，徑向距離約25m左右的圓柱體，其在CAD圖中的水平投影范圍是以鉆孔為中心，半徑約為25m的矩形區(qū)域。從圖中可以看出，孔中瞬變電磁剖面探測范圍較好的覆蓋裂隙破碎帶，并在垂向上有約50m的覆蓋范圍，能較好的覆蓋迎頭前方的目標(biāo)測區(qū)。

圖2中紅色、藍(lán)色、綠色扇形圈定的范圍，分別為F2-5、F2-7和F2-18號(hào)孔的扇面探測覆蓋范圍，擬在每一鉆孔中的三個(gè)深度進(jìn)行扇形掃面，三組扇形的探測區(qū)域的重疊部分，即為裂隙破碎帶的范圍。根據(jù)現(xiàn)場情況，施工鉆孔中均下有12-16m的套管，為了避免強(qiáng)金屬干擾，巷-孔瞬變電磁扇面超前探測擬選擇施工鉆孔深度為15m與25m。

4 巷-孔瞬變電磁剖面探測成果分析

4.1 1號(hào)孔處理結(jié)果

本次巷-孔瞬變電磁徑向探測預(yù)報(bào)鉆孔旁側(cè)半徑25m-30m左右的低阻異常區(qū)，施工鉆孔為1號(hào)巖孔，共計(jì)采集測點(diǎn)28個(gè)，測點(diǎn)間距3m，施工測線從孔深12m至孔底93m。1號(hào)孔Z分量擬電阻率成果圖如圖3所示，從圖中可以看出，測區(qū)內(nèi)視電阻率曲線分布均勻，沒有明顯的異常區(qū)，分析認(rèn)為鉆孔徑向30m沒有明顯的低阻異常區(qū)。

4.2 2號(hào)孔處理結(jié)果

2號(hào)孔由于塌孔問題，共計(jì)采集測點(diǎn)15個(gè)，測點(diǎn)間距2m，施工測線從孔深0m至28m。2號(hào)孔Z分量擬電阻率成果圖如圖4所示，從圖中可以看出，測區(qū)內(nèi)沒有明顯的低阻異常區(qū)，視電阻率相對(duì)變化不大，在孔深22m—26m有一處相對(duì)較弱的低阻異常，標(biāo)記為①號(hào)異常。根據(jù)施工現(xiàn)場情況分析，探頭在推送至孔內(nèi)28米處遇見塌孔，表明該段煤層和圍巖相對(duì)破碎，鑒于異常相對(duì)較弱，推測可能為圍巖破碎引起的視電阻率變化的反應(yīng)。

4.3 3號(hào)孔處理結(jié)果

3號(hào)孔共計(jì)采集測點(diǎn)52個(gè)，測點(diǎn)間距2m，施工測線從孔深0m至102m。3號(hào)孔Z分量擬電阻率成果圖如圖5所示，從圖中可以看出，測區(qū)內(nèi)有兩處較為明顯弱低阻區(qū)，分別為孔深2m-6m處的①號(hào)異常和孔深82m—94m處的②號(hào)異常，鑒于①號(hào)異常主要是由于3號(hào)點(diǎn)（4m）原始數(shù)據(jù)突然抬升所致，綜合分析可能為干擾所致的假異常，因此3號(hào)孔周圍主要異常為②號(hào)異常。

基于3號(hào)孔Z分量處理結(jié)果，為了分析②號(hào)異常相對(duì)于鉆孔的方位，需要進(jìn)行水平分量解釋?？字兴沧冸姶牌拭嫣綔y水平分量解釋，主要是根據(jù)垂直正交于鉆孔的兩組水平分量X、Y分量的幅值變化，判斷異常中心方位角。

3號(hào)孔水平分量在②號(hào)異常區(qū)段（82m—96m）的純異常響應(yīng)曲線，X分量呈現(xiàn)先正后負(fù)的“反S”形態(tài)，Y分量呈現(xiàn)先負(fù)后正的“S”形態(tài)，根據(jù)水平分量響應(yīng)曲線分布圖可以看出，當(dāng)X分量為“反S”形態(tài)，Y分量為“S”形態(tài)時(shí)，異常位于第二象限，即鉆孔左下方，進(jìn)一步計(jì)算方位角度得知，異常中心位置的方位角為115.6°。

5 結(jié)論

（1）1號(hào)孔徑向25m左右沒有明顯的低阻區(qū)，2號(hào)孔在孔深22—26m的低阻異常區(qū)推測為圍巖破碎引起的視電阻率變化，3號(hào)孔在孔深82m—96m附近的低阻異常區(qū)，是本次三個(gè)鉆孔探測成果中的主要異常。

圖3：1號(hào)孔Z分量處理成果

圖4：2號(hào)孔Z分量處理成果

圖5：3號(hào)孔Z分量處理成果

（2）通過水平分量分析，3號(hào)孔測區(qū)中的②號(hào)異常位于鉆孔左下方，孔深方向延伸規(guī)模約14m，該規(guī)模相比目標(biāo)陷落柱的規(guī)模較小，推測為煤層底板裂隙水的可能性較大。

（3）與其他物探方法相比，孔中瞬變電磁法施工方便、快捷、效率高、方向性好、對(duì)含水體反應(yīng)敏感，在實(shí)際應(yīng)用中收到了很好的效果。對(duì)煤系地層應(yīng)該加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，提高瞬變電磁法資料解釋的準(zhǔn)確性，做好煤礦突水事故的預(yù)防預(yù)報(bào)工作。