張曉艷

(山西煤炭運銷集團野川煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400)

近二十年來，多種地球物理勘測技術與方法在煤礦生產中得到廣泛運用，其中如何能準確探測出掘進迎頭及工作面周圍不良地質體和水害的分布情況，對于煤礦的安全生產具有重要作用。以電法中的瞬變電磁法為例探討該方法在煤礦生產過程的應用，尤其是對探測煤層、煤層采空區(qū)、塌陷區(qū)、充水區(qū)等區(qū)段有效性的探討。

瞬變電磁法是電法勘探的一種，最早始于上世紀50年代，主要進行儀器的測試和研究，上個世紀80年代真正投入生產中。相對于常規(guī)電法而言，其探測深度、分辨率、數據有效性等都有大幅的提高。我國自上世紀70年代開始對其進行研究，隨著技術快速發(fā)展，上世紀80年代，在勘查中得到相對廣泛的應用。相對于其他地球物理方法而言，TEM具有探測深度大、分辨率高、信息豐富等優(yōu)點，在地下水勘測中取得很好的效果[1]。

1 地質概況

山西煤炭運銷集團野川煤業(yè)有限公司位于太行山背斜中南段西翼、沁水盆地東南邊緣，井田面積10.585 3 km2，生產規(guī)模90萬t/a，斜井開拓。受局部構造影響，礦區(qū)內發(fā)育有幅度不同的波狀褶皺構造，傾角在2°～6°。西、南邊界附近發(fā)育一條流向由北向南轉東西向的季節(jié)性河流，該河流于一采區(qū)回采工作面開切眼附近地表處穿過，由于回采造成的地表巖移裂縫、陷坑，在洪水期可能造成一定程度的流水滲入。

2 瞬變電磁法基本原理

1) 依據：該礦沉積地層之間存在明顯的電性差異是勘測的基礎。煤層主要存在石炭～三疊地層中，埋藏深度在200 m～600 m。當煤層被采空后，地下水容易沿地層裂隙等導水通道進入采空區(qū)，導致該區(qū)域探測出的電阻率相對較低；與此相對應的，在多測道二次電位剖面圖上表現為高值異常特征。這種巖性電性差異為探測提供了前提和依據[2]。

2) 原理：瞬變電磁法是通過使用不接地回路或接地源將初級脈沖磁場發(fā)射到地下，并且在初級脈沖磁場的間歇期間借助線圈或接地電極來觀察二級感應渦流場。通過研究其時間與空間的分布規(guī)律，分析其電阻率的不同，來解決地質問題的時間域電磁法。如圖1所示，本次勘測采用武漢安礦科技有限公司生產的YSC256礦用本安型瞬變電磁儀，主要包括發(fā)射組合接收組兩部分，同步過程主要采用光藕合連接，數據接收主要通過電場藕合。能自動記錄相關測量數據，可完成數米至數十米超淺部深度探測。

圖1 超前勘測原理示意圖

3 瞬變電磁法應用分析

3.1 瞬變電磁法測點布設

為滿足勘測工作需要，本次測點布置于3205軌道順槽開口處迎頭，由于工作面空間狹小，勘測采用邊長1.5 m的多匝重疊回線裝置，共布置三條測線，垂直于控制頂板、底板及前方的含水構造。探測角度分別為+30°、-30°。測點位置由米尺量，符合探測規(guī)范要求。在等值線圖上，規(guī)定上方、左方的刻度為正，下方、右方的刻度為負，如圖2所示。

圖2 開口處迎頭斜角±30°瞬變電磁成像圖

3.2 綜合分析

1) 在巷道左前方向上40 m～100 m處出現電阻率明顯降低的異常區(qū)域，可能由于采空區(qū)積水、局部裂隙節(jié)理發(fā)育造成，導致煤層潮濕所致，不排除導水構造的可能性，需配合其他探測手段驗證。

2) 在巷道左前方向上30 m～80 m處出現電阻率明顯降低的異常區(qū)域，可能由于采空區(qū)積水、局部裂隙節(jié)理發(fā)育造成，導致煤層潮濕所致，不排除導水構造的可能性，需配合其他探測手段驗證[4-6]。

3) 在巷道左前方向上30 m～90 m處出現電阻率明顯降低的異常區(qū)域，可能由于采空區(qū)積水、局部裂隙節(jié)理發(fā)育造成，導致煤層潮濕所致，不排除導水構造的可能性，需配合其他探測手段驗證。

3.3 鉆探驗證

為驗證瞬變電磁法結論的準確性，本礦采用 ZYJ-700/250型鉆機在3205軌道順槽開口處迎頭進行鉆探，完成鉆探孔3個，技術參數及涌水情況，如表1所示。

表1 鉆孔技術參數及涌水情況表

根據鉆孔資料，分析得知該處前方存在采空區(qū)積水，驗證了該方法的準確性。

4 結語

山西煤炭運銷集團野川煤業(yè)有限公司采用YSC256礦用本安型瞬變電磁儀，探測出了3205軌道順槽開口附近賦水情況，并通過鉆探方式進行驗證，確認該區(qū)域屬于積水采空區(qū)，為提前采取防范措施，進行科學決策提供了技術支撐，有效保障了礦工的生命安全，避免了事故的發(fā)生，實現了安全生產的目的。