煤矿井下瞬变电磁勘探效果思索

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近年来，矿区生产矿井透水事故时有发生，给企业造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失，因此，进行煤矿井下掘进的超前探测，为矿井的开采及水灾害防治提供依据，以预防矿井水灾害的发生。

1地层电性特征及数据采集

1．1地层电性特征

煤系地层有层状分布特点，在致密完整的情况下，岩层横向上导电性相对均一。如在顺地层水平方向上局部地段出现破碎或裂隙时，导致该处岩层段含水明显增加时，因水体良好的导电性，使该段岩层电阻率明显低于围岩，通过对比水平方向上岩层电阻率值间差异与变化，发现其中异常分布形态，并结合已有矿井资料进行分析，从中了解及掌握地下水文地质异常的特征，以达到探测工作的目标。

1．2数据采集

工作方法：目前，国内外用于煤矿井下水文地质探测的物探方法主要有矿井直流电法、音频电透视法、瑞利波法、矿井地质雷达及瞬变电磁法。矿井直流电法和音频电透视法均属直流电法即体积勘探方法，受体积效应的影响比较大，即定向性(方位性)较差，且工作效率低。瑞利波法和矿井地质雷达可用于超前探测，具有定向性好、探测精度高的优点，但探测距离较小(一般不大于30m)，不能满足现场生产需要。瞬变电磁法(TEM)观测的是二次场，可在近区进行观测(采用重叠回线装置)，定向性好，可用于井下全方位探测(掘进头前方，巷道侧帮、煤层顶底板探测等)，且探测距离大、分辨率高、施工快捷，故本次井下超前探测选用瞬变电磁法。使用仪器及装置：井下施工采用澳大利亚MonashGeoScope公司的专业瞬变电磁探测仪terra．TEM。该仪器抗干扰、轻便、自动化程度高，数据采集由微机控制，自动记录和存储，应用USB接口实现数据回放。瞬变电磁勘探有多种工作装置，常用的有偶极一偶极装置、大定回线源装置、同点装置，由于同点装置具有测深测量和剖面测量的双重工效及占地面积小等优点，适合井下施工，故选择该装置的重叠回线形式工作。其施工参数，①发射／接收线框，多匝2x2m矩形回线；②采样时窗，1～34ms；③叠加次数，64次；④时间采用标准时间序列。数据采集：为实现探测目的，在某煤矿50101工作面胶带运输巷620m处进行了超前探测。迎头探测时按照与迎头正前方不同夹角进行扇面扫描，形成对迎头左前方、正前方、右前方的探测。在顺层超前探的基础上，改变线框水平夹角实现了对煤层顶、底板含水性的探测。

2资料处理解释及勘查效果

2．1资料处理解释

资料处理流程：如图1所示。资料分析与解释：井下瞬变电磁超前探是通过对扇形区扫描采集曲线电性异常来推断含水异常体的分布特征。为摸清巷道掘进岩层横向水文地质条件，通过分析掘进前方整体电性曲线衰减规律和扇形等值线图电性分布形态推断解释其含水异常，对比其与正常背景值之间的差异，从而了解区内岩层的含水性质，查清含水异常的分布规律。资料解释时，异常的划分标准主要根据视电阻率等值线断面图上低阻异常相对于背景场的变化情况及与分布范围，推断解释含水体的赋存特点，即含水体的空间位置以及富水程度进行相对定性分析。

2．2勘查效果

顺层超前探测：图2为顺层方向超前探测视电阻率等值线扇形图，该图主要反映迎头左前方、正前方、右前方水平方向上的电性变化情况。探测时，右帮锚网支护靠近迎头，其扫描方向受到干扰，视电阻率值较低8—10Q•M。由图易知，有效扫描区域内，视电阻率值10—30Q•M，相对低阻异常区位于迎头0。、右侧l5。扫描线探测方向上50～70m，视电阻率值小于l0n•M。推测该异常为瞬变电磁勘探的体积效应即底板方向存在的低阻带在水平方向上的映射，鉴于物探的多解性，不排除该异常区存在构造的可能性。底板超前探测：图3为底板方向超前探测视电阻率等值线扇形图，其颜色充填部分为沿探测方向的有效探测区域，能反映迎头左前方、正前方、右前方底板的电性变化情况。探测时，右帮锚网支护靠近迎头，其扫描方向受到干扰，视电阻率值较低610Q•M。由图易知，有效扫描区域内，视电阻率值10～30Q•M，相对低阻异常区位于迎头右侧15o、30。扫描线探测方向上40～70m，视电阻率值为7～9Q•M。扇面图上低阻异常区幅值及范围较小，结合本工作面地质情况，推测该异常为底板灰岩局部富水反映。本次底板探测采用45。下倾扫描，探测异常区在巷道顺层方向投影距离为25～55m。

3结论

图5底板超前探测扇形图采用瞬变电磁法在井下巷道掘进独头处进行了顺层、顶板、底板的探测，分析推断出了底板方向迎头右侧15。、3O。扫描线探测方向上4O～70m处和顺层探测迎头O。、右侧l5。扫描线探测方向上50～70m处两个低阻异常，效果明显，是一种较为理想且行之有效的物探方法，为矿井的安全掘进提供了依据。