瞬变电磁法在杨涧煤矿水害防治中的应用

瞬变电磁法在杨涧煤矿水害防治中的应用【摘要】近年来煤矿突水事故成为了煤矿重大安全事故的主要类型之一，因此，探明开采区域内的水文地质构造是保证安全生产的重要前提。而随着近年来物探技术的飞速发展，其在煤矿水害防治中的应用的也逐渐成熟。本次勘探，结合杨涧煤矿的实际情况，利用瞬变电磁法反应灵敏，探测效率高的特点，基本查明了我矿90101工作面9号煤层含（导）水构造，圈定了导水构造区域，为我矿安全高效开采提供了有力保障。【关键词】突水；物探；瞬变电磁法；导水构造一、概述杨涧煤矿井田内现开采4、9号煤层，直接充水含水层为山西组、太原组砂岩风化裂隙含水层，属弱富水性。据该矿开采情况，整个矿井涌水量不大，4号煤层矿井涌水量700m3/d，雨季最大约900m3/d；9号煤层矿井涌水量300m3/d，雨季最大约500m3/d。每天排水5～8h。该井田奥灰水位标高为1048.00～1051.00m，井田内4号煤层底板与奥陶系灰岩之间有较厚的泥岩、砂质泥岩作为相对隔水层存在，泥岩等效厚度为119.28m，9号煤层与奥陶系灰岩之间泥岩等效厚度为44.78m。二、矿井瞬变电磁法基本原理矿井瞬变电磁法基本原理与地面瞬变电磁法基本原理相同。所不同的是，矿井瞬变电磁法是在井下巷道内进行，瞬变电磁场呈全空间分布，全空间效应成为矿井瞬变电磁法固有的问题。煤层一般情况下为高阻介质，电磁波易于通过，所以煤层对tem来说就没有像对直流电场那样的屏蔽性，故接收线圈接收到的信号是来自发射线圈周围全空间岩石电性的综合反映[1-3]。因而在判定异常体空间位置时，需根据线圈平面的法线方向并结合地质资料加以综合分析确定。由于特殊的井下施工环境，矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法以及其它的矿井物探方法有很大的不同，主要有以下几方面的特点：（1）受井下巷道施工空间所限，无法采用地表测量时的大线圈（边长大于50m）装置，只能采用边长小于3m的多匝小线框，因此与地面瞬变电磁法相比具有测量设备轻便，工作效率高，成本低等优点，可用于其他矿井物探方法无法施工的巷道（巷道长度有限或巷道掘进迎头超前探测等）。（2）由于采用小线圈测量，点距更密（一般为2～20m），体积效应降低，横向分辨率提高，再者测量装置靠近目标体，异常体感应信号较强，具有较高的探测灵敏度。（3）利用小线框发射电磁波的方向性，可以探测采煤工作面顶、底板含水异常体的空间分布，探测巷道迎头掘进前方隐伏的导（含）水构造。（4）受发射电流关断时间的影响，早期测量信号畸变，无法探测到浅层的地质异常体，一般存在20m左右的浅部探测盲区。（5）井下施工时，测量数据容易受到金属物（采煤机械、变压器、金属支架、排水管道等）的干扰，需要在资料处理解释中进行校正或剔除。目前，矿井瞬变电磁法主要用于解决煤层顶板（或底板）岩层内部的富水异常区探测、巷道掘进迎头前方的突水构造预测、含水陷落柱勘查等水文地质问题。三、工作面探测分析根据矿井地质要求，分别对40103工作面进风巷和回风巷两个巷道进行了井下数据采集，数据采集完成后将两个巷道实测资料进行去噪、滤波，然后进行反演后，即可绘制成视电阻率等值线断面图，上端标注为巷道个别测点受到干扰的井下实际记录，下端坐标为水平横向距离（单位：m），左右两侧为沿探测方向上的探测纵向距离（单位：m）。断面图中浅部视电阻率值相对较高，主要是受关断效应和近场区影响所致。中、深部视电阻率值相对较低。进风巷底板视电阻率等值线断面图分析如下图1所示进风巷主要探测三个方向，分别向工作面内45°方向，工作面底板方向和工作面外帮45°方向进行探测。主要反映了煤层底板板斜侧下方岩层的电性变化。受巷道内支护和铁轨的影响，整体视电阻率值略低。由图可知，沿探测方向30～40m范围内，视电阻率等值线平缓，横向变化不大；在40～110m段，视电阻率值比较低，视电阻率变化较剧烈。由于探测距离比较长，为了便于直观分析，将该图按横坐标0-400m和400-970m截断，逐一分析。纵观整个视电阻率断面图，从巷道0m标志牌开始主要有铁轨和锚网支护影响，背景影响比较一致。其中21、66、69、70、76、77、85测点有电机影响，87-90测点靠近工作面方向存在运煤机皮，94-97测点有电缆和液压支柱影响。根据成果图将小于1ω?m的范围化为低阻异常区。推测其中30-70m、240-380m、450m-560m、600-630m和780-810m判定为低阻异常区，680-700m和840-860m受电器影响，不能分辨是否为含水异常。为了进一步区别含水异常和干扰异常，待到下一次探测时，清理料场，重复上述测点的探测工作，排除干扰影响。40103工作面进风巷底板(0-400m)视电阻率断面图40103工作面进风巷底板(400-970m)视电阻率断面图上图是40103工作面进风巷底板方向探测成果图。四、结论根据40103工作面底板探测视电阻率等值线断面成果图本身横向对比分析，结合矿区构造发育情况及水文地质资料，综合分析图1，本次探测共得到7处低阻含水异常区具体如下：异常区yj-1：位于40103工作面进风巷40m-90m位置，回风巷80-100m位置，为一般含水区。异常区yj-2：位于40103工作面回风巷130-190m位置，为一般含水区。异常区yj-3和yj-4：位于40103工作面进风巷220-380m位置和440-570m，回风巷260-300m和490-530m。其进风巷低阻异常范围大，推断为强含水区。异常区yj-5：位于回风巷620-670m位置，为一般含水性区域。异常区yj-6：位于回风巷700-750m位置，其分布范围较小，含水性一般。异常区yj-7：位于回风巷850-900m位置，含水性一般。异常区yj-8：位于进风巷770-860m位置，其含水性一般。参考文献[1]煤炭科学总院西安研究院陕西省地球物理学会[c]//瞬变电磁法金属管网影响与矫正.北京:煤炭工业出版社,2008:100-103.[2]潘友忠.瞬变电磁法在矿井巷道掘进前方富水性探测中的应用[j].《安徽地质》2010年第20卷第2期126-128页[3]于景邨,刘振庆,廖俊杰,蒋宗霖等.全空间瞬变电磁法在煤矿防治水中的应用[j].《煤炭科学技术》,2011年第39卷第9期110-113页