王东升

（大同煤矿集团同地益晟煤业有限公司，山西大同 037103）

瞬变电磁法在同地益晟煤业矿井的应用

王东升

（大同煤矿集团同地益晟煤业有限公司，山西大同 037103）

利用瞬变电磁法查明了大同煤矿集团同地益晟煤业402回风巷前方及上覆含（导）水构造，圈定了含（导）水岩溶带和富水区域，介绍了该方法在煤矿采区勘探中有关探测理论、资料处理及软件运用原理。

煤矿开采；采空区积水；瞬变电磁法

煤矿水害是仅次于瓦斯的五大灾害之一。矿井水的防治是为了防治水害事故的发生，保证矿井建设和生产安全，减少矿井涌水量及降低生产成本，使国家煤炭资源得到充分合理的回收。为了达到上述防治水的目的，运用矿井瞬变电磁法对巷道前方及上覆采空区积水情况提前预测预报，防止矿井突水灾害事故的发生[1-2]。大同煤矿集团同地益晟煤业主要运用湖南飞翼YCS-160瞬变电磁仪对井下探测分析[3]。

虽然瞬变电磁仪有了长足的发展，但针对现场实际情况操作瞬变电磁仪也存在的明显的不足与缺陷[4]。根据益晟煤业的使用情况，总结出以下问题。

1）运用在井下瞬变电磁仪的防爆性能不完善；

2）瞬变电磁仪受井下铁器（锚杆、锚索、锚网、工字钢、钻机、掘进机、锚索机、排水管路）等的影响十分严重；

3）瞬变电磁仪在分析过程中没有一个严格的控制真假异常区的判定，缺乏可靠性；

4）瞬变电磁仪的电池使用情况很不理想，电池很容易损坏，充不进电，造成仪器屏幕花屏；

5）瞬变电磁仪的存电连接线接触不良，容易造成无法存电的情况；

6）瞬变电磁仪的接收线圈与仪器的连接线容易破损，造成在探测过程中无法发射电磁波接收信息；

7）瞬变电磁仪的架设线圈成方形或长方形，长宽在1.6～2m之间，由于低煤层巷道的限制，仪器无法在工作面展开，造成现场操作的困难；

8）在分析过程中对于数据的调整存在很大的偏离，不同的人习惯和经验不同，造成分析后的成图有差异，缺乏科学的调整。

1 地质概述

同地益晟煤业井田面积为6.056 7 km2，批采侏罗纪3-13号煤层，生产规模60万t/a，矿井开拓方式为斜井开采。开采13号煤层，现有301和402生产盘区及402轨道巷、402皮带巷和402回风巷3条盘区大巷。

本区位于大同煤田西北部，属黄土半掩盖区。按照《中国北方主要煤矿区水文地质图集》的划分，本井田位于神头岩溶水系统以北，不在任何泉域范围之内，大同平原以西，介于口泉山脉、西石山脉、牛心山脉之间，呈北东-南西向不对称的向斜构造，东南翼陡西北翼缓，向北东倾伏，西北翼地层倾角5°～15°，东南翼倾角20°～60°，局部陡立倒转。东部、东南部构造复杂，断层多。区域内出露地层为寒武-奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系及第四系地层。地下水的补给以降水入渗为主，由于侏罗系、石炭-二叠系的煤层开采，煤系地层地下水之间存在互补关系，矿坑排水是碎屑沿裂隙水的主要排泄方式，岩溶水主要由寒武-奥陶系灰岩露头区向东、东南方向径流，由十里河、口泉何、鹅毛口河等峪口向大同盆地隐形排泄[5-6]。

2 现场施工方法与探测设计

本次矿井瞬变电磁法勘探以402回风巷现场探测进行设计分析，现场探测时由于瞬变电磁仪的电池容易损坏、存电连接线接触不良、接受线圈与仪器的连接线容易破损，我部门安排专人保管，专人负责井下运送，避免损坏。由于电池很容易损坏，充不进电，造成仪器屏幕花屏，每次下井之前都需对仪器进行充电和开机检测，确保能顺利开展工作。瞬变电磁仪的架设线圈成方形或长方形，长宽在1.6～2m之间，受低煤层巷道的限制，仪器无法在工作面展开，造成现场操作的困难，本次402回风巷煤厚1.5m，探测时要求队组起底巷高达到2m，瞬变电磁仪发射线圈需调整成平行四边形，满足物探数据采集的要求。以往迎头探测布置13个探测点，每个点测3个方向，共采集13×3=39个数据，为了探测工作面前方以及顶底板采空区积水情况的准确性，本次迎头探测布置17个探测点，按顺时针方向（1-17号探测点）探测，共采集51个数据，比以往增加了采集数据个数，探测精度也得到了提高。在以往的探测过程中，一般将铁器后移至离工作面5m左右，本次为避免干扰将铁器移至离工作面10m以外的地方，尽量减少或避开了施工现场的铁器、设备、声音干扰。

2.1 迎头超前探

探测点设计见图1。

2.2 巷道顺层探测

1）探测点设计：根据需要探测的位置和长度来设计，一般每隔10m布置一个探测点，为了提高探测精度，此次探测每隔5m布置一个探测点，顺层向前方探测17个点[7-8]。

2）探测方向设计：根据需要本次探测120m范围内前方是否有小窑破坏区存在积水以及积水范围大小进行设计。顺层探测方向示意图，见图2。

3）现场探测及数据采集：在402工作面顺层探测过程中，线圈尽量贴近巷道顺层，通风部积极配合加强通风管理，风筒必须接到位，配备专职瓦斯员盯到现场，保证瓦斯不超限，避免瞬变电磁仪防爆质量差发生瓦斯事故。在以往的探测过程中，一般将工作面周围的铁器后移工作面5m左右，本次勘探将附近铁器、设备等移至工作面10m以外的地方，避免铁器、设备等干扰影响探测精度[9]。

2.3 巷道顶板探测

1）探测点设计：同上，根据需要探测的位置和长度来设计，一般每隔10m布置一个探测点，为了提高探测精度，此次每隔5m布置一个探测点，向上覆顶板探测17个点。

2）探测方向设计：线圈与顶板夹角45°探测，探测上覆顶板120m范围内是否有小窑破坏区存在积水以及积水范围大小进行设计。顶板探测方向示意图，见图3。

3）现场探测及数据采集：在顶板探测过程中，线圈尽量贴近顶板，使线圈离顶板距离保持在1m以内。在402工作面处有锚索机和散落在地上的锚杆（索），要求工人把这些影响因素移至工作面10m以外的地方，尽量减少或避开施工现场的铁器、设备、声音干扰，在工作面探测时，顶板有前探梁、锚杆（索）、铁丝网等干扰时作详细记录，在数据分析时加入这些影响因素，探测精度比以往有了更大的提高。

2.4 巷道底板探测

1）探测点设计：同上，根据需要探测的位置和长度来设计，一般每隔10m布置一个探测点，为了提高探测精度，此次每隔5m布置一个探测点，向下共布设17个探测点。

2）探测方向设计：线圈与底板夹角45°探测，底板120m范围内是否因地质构造造成煤层变化，下覆是否有小窑破坏区存在积水以及积水范围大小进行设计。底板探测方向示意图，见图4。

3）现场探测及数据采集：在底板探测过程中，线圈尽量贴近底板，在402工作面底板的钻机、锚索机移至工作面10m以外的地方，尽量减少或避开施工现场的铁器、设备、声音干扰。

3 现场采集后数据处理与分析

3.1 处理过程

瞬变电磁数据处理流程，见图5。

3.2 视电阻率拟断面图分析结果

在分析过程中对于数据的调整存在很大的偏离，不同的人习惯和经验不同，造成分析后的成图有差异，缺乏科学的调整，在资料分析时，结合现场记录以及以往物探后钻探验证的实际情况，应安排了一名专职的物探队技术员对资料进行分析，其他的技术员只做现场数据采集，经过反复多次的数据分析、现场钻探验证，成立了专职的物探队伍。专职的物探数据分析技术员提高了数据采集的准确性，数据分析的精度也比以往的有了进一步的提高，可靠性得到了保证，保证成图精确度。

图6是402回风巷顺层方向瞬变电磁法探测视电阻率等值线拟扇形图。图中横坐标为测点坐标，测点间距5m，纵坐标为沿探测方向距离。不同颜色线区域分界线上的数值代表地下岩层导电性强弱，数值愈大，导电性愈弱；数值愈小，导电性愈强，对应岩层富水性也就越强。

依据本次矿井瞬变电磁法三个方向探测结果，402回风巷工作面向面外探测结论如下：

顺层方向探测结果（图6-a），面左侧横坐标-40～-70m、纵坐标115～120m范围内等值线数值小于10 Ω·m；面右侧横坐标在30～120m、纵坐标在60～120m范围内，等值线数值小于10 Ω·m，为明显低阻异常，说明对应探测位置岩层赋水裂隙发育。其中左侧、右侧、前方100m范围以内阻值相对较高，说明该区域可能为特殊地质构造区域，富水性相对较弱。

顶板方向探测结果（图6-b），面左侧横坐标-20～-70m和-115～-120m、纵坐标114～120m和20～40m范围内等值线数值小于5 Ω·m；面右侧横坐标在60～65m、纵坐标在90～110m范围内，等值线数值小于5 Ω·m。其中左侧、右侧、前方80m范围以内阻值相对较高，说明该区域可能为特殊地质构造区域，富水性相对较弱。

底板方向探测结果(图6-c），面右侧横坐标在80～100m和115～120m、纵坐标在80～90m和30～ 0m范围内，等值线数值小于5 Ω·m，为明显低阻异常，说明对应探测位置岩层赋水裂隙发育。其中左侧、右侧、前方90m范围以内阻值相对较高，说明该区域可能为特殊地质构造区域，富水性相对较弱。

对比图6-a、6-b、6-c可以看出图6中等值线分布变化明显，说明对应探测面外80m以内位置阻值较高，且存在特殊地质构造区域，图中80m范围内等值线无明显波动，等值线横向和纵向变化较小，且顶板方向视电阻率呈较高反应，说明对应探测面外顶板岩层裂隙赋水性相对较弱。

4 现场验证及建议

根据物探扇形图及资料分析，402回风巷工作面前方120m处有低阻区，根据异常区情况进行钻探验证，本次钻探运用ZLJ-350型钻机，最远钻探长度为100m。设计距离该异常区40m处进行钻探，针对异常区的位置设计专门的探水方案沿煤层呈扇形布设6个探水孔，正孔按掘进方位角18°布设，左孔按方位角301°和352°布设；右孔按方位角63°、78°和86°布设；顶板按方位角333°和74°布设2个探水孔，倾角按30°进行钻探，经钻探验证该巷前方已探通为小窑破坏区右孔有少量积水流出，顶孔探至11号煤层已探通并有少量积水流出。对真假异常区的判断需结合地质资料分析论证，证实该巷前方异常区为原有旧巷低洼处的积水。根据权威物探反复论证，瞬变电磁法有效探测距离在60～80m，该物探异常区范围120m处有水已超出实际理论值，应按无效物探异常区判定，但本次资料分析，技术员结合几次物探验证结果以及不同以往的对数据采集的方法，凭经验认定该工作面前方120m异常区存在积水，经钻头验证该工作面前方为小窑旧巷道，放出300m3左右的积水，但也不排除瞬变电磁法在分析结果中有不确定性存在，需要专业的队伍，专业的技术员对采集数据的分析，这样才能提高探测的精度，保证矿井安全掘进。因此要严格执行“物探先行，化探跟进，钻探验证”的综合探测验证制度，实行探掘分离制度，把“探水”作为掘进作业的前提条件，加强探放水进尺考核，确保“有掘必探”的有效实施。同时建议探水队针对物探异常区加强钻探验证，并做好钻孔探水记录台账[10]。

[1]刘晓飞,薛宗建.瞬变电磁法在资源整合矿井的应用[R].郑州：郑煤集团郑新煤业，2011.

[2]尹刚,栾海霞,李磊.矿井瞬变电磁法在巷道底板防水中的应用[R].宿州：煤炭地质局水文勘探队和物探测量队，2012.

[3]吕国印.瞬变电磁法的现状与发展趋势[R].廊坊：中国地质科学院地球物理地球化学勘探研究所，2007.

[4]张军,赵莹,李萍.矿井瞬变电磁法在超前探测中的应用研究[R].西安：中国煤炭科工集团西安研究院,西安大地测绘工程有限责任公司，2012.

[5]张统军.矿井地质报告[R].大同：同地益晟煤业有限公司，2015.

[6]吴有信.瞬变电磁法及其在煤矿水文物探中的应用[R].宿州：安徽煤田地质局物探测量队，2006.

[7]李德盛.瞬变电磁法的数据采集、分析及成图[R].长沙：飞翼股份有限公司，2013.

[8]张松平,李永盛,胡雄武.坑道掘进瞬变电磁超前探水技术应用分析[J].岩土力学，2012（9）：2749-2753.

[9]杨振华,张飞.矿井瞬变电磁法在探测顶板富水性中的应用[J].煤矿安全，2012（5）：94-97.

[10]赵显毅,吴春阳.矿井瞬变电磁法应用于立井探水[R].阳泉：山西宏厦第一建设有限责任公司，2012.

Application of Transient Electromagnetic Method in Tongdi Yisheng Mine

WANG Dongsheng
(Tongdi Yishen Coal Co.,Datong Coal Mine Group,Datong 031703,China)

Transient electromagneticmethod was used to identify the water bearing(conducted) structure in front of and above the No.402 return airway of Tongdi Yisheng Mine of Datong Coal Mine Group,to delineate the water bearing(conducted)karst belts and water-rich areas,and to introduce the corresponding theoretical exploration and principles of data processing and software application in theminingexploration.

coalmining;goafwater;transient electromagneticmethod

P631

A

1672-5050（2015）05-0080-05

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.05.027

（编辑：樊敏）

2015-06-25

王东升（1973-），男，大同灵丘人，大学本科，工程师，从事矿井地测防治水工作。