瞬变电磁法物探技术在吉安煤业的应用

摘要：吉安煤业由耀南、耀东、耀北和中丰煤业4处矿井和新增区资源整合而成。兼并重组前原矿井均开采3号煤层，大面积被开采，地面通过物探得知存在9个老空积水区约209300m3和7个物探低阻异常区，在生产建设过程中科学合理地探测老空水准确积聚位置任务繁重。通过瞬变电磁法对受水威胁掘进巷道进行超前探查，根据物探技术成果再施工探查钻孔，对水害可能出现的位置作出定性或定量的评估判断，然后采取有效防治水措施进行治理，从而实现安全掘进的目的。

关键词：老空水 电法 探查 治理

1 概况

山西长治郊区三元南耀吉安煤业有限公司是由山西三元煤业股份有限公司（51%）控股，长治市郊区西白兔乡南村村民委员会（49%）参股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀东、中丰煤业四座煤矿重组整合而成，矿井建设规模60万吨/年，井田面积1.9707km2，现主要开采煤层3号煤。井田内3号煤层底板最低标高750m，井田内奥灰水位为639-641m。奥灰水对井田3号煤层的开采无影响。兼并重组前原矿井均开采3号煤层，大面积被开采，老空积水分布较广，原老矿均无可靠的水文地质资料，在掘进期间老空水严重威胁安全生产。

瞬变电磁法或称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈观测二次涡流场的方法。勘探深度一般在120m左右，对突出危险性和灾害可能出现的位置作出定性或定量的评估判断后，采取有效防治水措施，从而实现安全掘进和回采的目的。

2 工作原理

井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩（矿）体中产生感应电流。断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。

瞬变电磁法探测仪器为福州华虹智能科技开发有限公司生产的YCS40（A）型矿用瞬变电磁仪。该仪器具有抗干扰、轻便、自动化程度高等特点。数据采集由微机控制，自动记录和存储，与微机连接可实现数据回放。根据本次探查任务的要求和巷道条件的实际情况，采用2m×2m的多匝数矩形回线装置进行测量。根据勘探任务要求，采用多匝数线框，将线框直立于巷道。发射线框和接收线框为匝数不等，且发射线框和接收线框为一体的线框，以便于井下复杂的工作条件。主要技术参数如表1：

3 瞬变电磁法工程实例

3.1 测点布置 利用瞬变电磁法探测3102工作面运输顺槽前方是否存在老空积水。首先在3号煤皮带运输大巷，采用偏移排列测线布置，以B6导线点为中，向左侧延伸30m，右侧延伸40m，对巷道顶板15度和顺层方向进行探测；具体见测点布置及施工方案示意于图1和图2。

图1 瞬变电磁法探测测点布置及施工示意图

图2 探测区域位置示意图

3.2 物探成果 图3、图4为吉安煤业3102运输顺槽测深探测视电阻率等值线拟断面图，图中皮带大巷30m处为3102运输顺槽开口位置，横向表示探测水平距离，纵向表示探测深度。根据上图分析，3102运输顺槽掘进前方60-95m范围内存在局部高阻异常区，阻值相对较高，推测可能为前方破碎带，赋水可能性较小；在3102运输顺槽掘进方向左右两侧10m外，阻值较低，存在赋水的可能性。

根据瞬变电磁法物探成果，在3102工作面运输顺槽掘进方向两侧低阻区域进行了重点布设钻孔，对高阻正常区域也进行了少量布孔检查，全面共设计施工8孔/480m进行钻探验证，经钻探验证掘进方向前方高阻异常区为受周边采空区影响顶板破碎带，掘进方向左右两侧10m外，低阻异常区有少量老空积水，放水约120m3。钻探结果与瞬变电磁法探测的结果基本一致，保证了此条巷道安全掘进。

4 结束语

通过运用该项技术，对井田内所有掘进工作面进行超前探测，超前预测预报，对掘进工作面的水文地质条件进行探查，提前制定防治水措施，保证了安全生产。在未使用该物探技术前，掘进巷道每次超前探查都需要施工8～10个钻孔，因对掘进前方的水文地质条件不清楚，设计钻孔时没有针对性，造成钻探进尺增加，影响了掘进效率。运用物探技术后，能有的放矢的设计钻孔，针对物探中的异常块段进行钻探验证，减少了钻探进尺，提高了工作效率。通过2012～2013年的实际验证，节省资金24万元，提高掘进单头进尺20%。瞬变电磁法物探与钻探相结合的探查技术在经济上合理、技术上可行、安全上更可靠，在今后的巷道掘进中可以得到广泛的应用。

参考文献：

[1]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，2010，20（2）：126-128.

[2]李乃民，李东徽.电磁法探测深度概述[J].能源研究与管理， 2012（01）.

[3]薛国强.论瞬变电磁测深法的探测深度[J].石油地球物理勘探，2004（05）.