李强++董苏苏++王传盈

摘 要：中税煤矿在9煤掘进过程中受顶、底板砂岩水影响，因此对生产影响极大，给矿井带来巨大经济损失。本文阐述了瞬变电磁技术在该矿9煤联络巷掘进工作面中的应用与研究，对今后运用此技术在超前探测巷道前方富水性有着重要的作用。

关键词：瞬变电磁；掘进工作面；电磁

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.162

内蒙古鄂尔多斯煤炭有限责任公司中税煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市鄂托克旗境内，行政区划隶属于鄂托克旗阿尔巴斯苏木。井田为一不规则的形状，东西最长5.04km，南北最宽2.66km，面积约7.1028km2。井田内主要可采煤层为9号煤、16号煤，底板标高+700m～+1140m，埋深250m～670m。2006年开发投资建井，2009年开始试生产，2010年正式投产。矿井设计生产能力90万t/a。开拓方式为矿井采用斜-立混合式开拓方式，主副井为斜井，风井为立井。采煤方法为综采倾斜长壁后退式采煤方法回采，全部垮落管理顶板；掘进方式为综合机械化掘进。通风方式为中央分区式，通风方法为抽出式。

1 9煤联络掘进工作面概况

9煤联络巷位于井田南部2采区，煤层为二叠系下统山西组9#煤层，平均厚度3.16m，局部含夹矸，为结构简单、稳定的中厚煤层。顶板为深灰色粉砂岩，节理发育，强度较低，特别断层处易冒落。底板为灰黑色砂质泥岩，泥质胶结，强度较低。巷道前方距F8断层40m，F8断层落差0～60m，倾角60～80?，为地面三维地震及井下瞬变电磁确定。

煤层平均厚度3.16m，局部含夹矸，为结构简单、稳定的中厚煤层。老顶为灰白色粗砂岩，分选差，次圆～次棱角状，含少量暗色矿物黄铁矿结核，下部裂隙较发育，具劈理，泥质胶结，强度较高。直接顶深灰色粉砂岩，节理发育，强度较低，特别断层处易冒落。直接底灰黑色砂质泥岩，泥质胶结，强度较低。老底为灰黑色砂质泥岩，破碎，具劈理、滑面，含炭屑，泥质胶结，强度较低。

2 瞬变电磁基本原理

瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡（衰减）过程。

该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向四周传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V（t），就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在。瞬变电磁场在大地中主要以“烟圈”扩散形式传播。

在这一过程中，电磁能量直接在导电 介质中传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。

传播深度：（1） 传播速度： （2）

-为传播时间，-为介质电导率 -为真空中的磁导率。

根据理论分析，瞬变电磁探测深度与发送磁矩覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。

由（2）式得：

（3）

时间与表层电阻率，发送磁矩之间的关系为：

（4）

其中：M-为发送磁矩，-为表层电阻率，-为最小可分辨电压，它的大小与目标层几何参数和物理参数，还和观测时间段有关。

联立（3）（4）式，可得：

（5）

上式为实际探测时用来计算最大探测深度公式。

为采用地质体本身物性参数—电阻率来直观表达地质体的导电性情况，本系统采用晚期公式计算视电阻率：

（6）

式中。

3 探测施工

9煤聯络巷共布置观测方向9个，每个观测点分布沿顶底板方向采集7个方向数据，分别为顶板45°方向、顶板30°方向、顶板15°方向、巷道掘进正前方向、底板15°方向、底板30°方向、底板45°方向。

4 成果解释

瞬变电磁结果解析本次瞬变电磁探测数据其处理主要流程为：文件转换—数据分选—滤波显示—视电阻率计算—深度反演—深度校正—断面图绘制—成图。

1号异常区：圈定视电阻率异常区位于迎头左前方24～100m的范围内，视电阻率值异常，视电阻率值<20Ω·m。

5 钻探验证效果

实际钻探成果与物探结果结合如图2所示：

从图2可看出T1、T2钻孔水量分别为5m3/h，5m3/h。与物探异常区一致。因此9煤联络巷瞬变电磁探测准确率较高。

6 瞬变电磁在掘进中的应用价值

由于钻探方法成本高、耗时长，且钻探结果为一孔之见，探查范围极为有限；此外，施工钻孔易成为隐伏含水体进入巷道的人为通道，从而引发次生事故，故仅采用钻探手段难以满足实际生产的需要。而瞬变电磁因成本低、快速、探查范围大、距离远等优点，现已在井下探水中得到广泛应用。根据9煤联络巷瞬变电磁探测中的实际应用，可以看出其准确率较高，因此在瞬变电磁在煤矿安全生产和社会经济利益提高，都具有重要的意义。

作者简介：李强（1980-），山东肥城人，从事矿井水害防治工作。endprint