文/郝彥青

礦用瞬變電磁儀探測技術在50101綜采工作面的應用

文/郝彥青

山西寧武能源投資有限責任公司50101綜采工作面位于井田西部邊界，屬厚煤層，煤層沉積較穩(wěn)定，煤層傾角較平緩，賦存穩(wěn)定，頂板為深灰色細砂巖，底板為黑色泥巖或灰色砂質泥巖。受斷裂構造影響，局部煤層松軟破碎，厚度有一定變化。對工作面推進有影響的主要含水層為2#煤頂板和底板砂巖含水層。頂板含水層富水性弱,補給條件差,主要以靜儲量為主，根據50101順槽掘進情況來看,掘進過程中頂板局部有滴水或淋水出現,在遇有裂隙或斷層時淋水會加大。50101工作面巷道回采過程中頂板同樣具有上述現象，預計頂板最大涌水15m3/h。

為避免工作面推進中直接揭露含水構造，寧武煤業(yè)公司于2012年年初完成了井下50101回采工作面瞬變電磁法井下原始數據的采集。采用礦用瞬變電磁儀探測超前位置，探測前方頂板、順層和底板的低阻體異常及分布范圍，以及分析測區(qū)內含水構造形態(tài)及水力聯(lián)系，從而對測區(qū)內煤層開采或水害治理提供物理探測技術依據，并為布置探防水鉆孔設計提供依據，為50101工作面安全回采提供了保障。

一、礦井瞬變電磁（TEM）法的原理

瞬變電磁技術(TransientElectromagneticMethod,簡稱TEM)是近年發(fā)展較快并得到廣泛應用的一種勘探方法。它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不接地線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。

受礦井軌道、高壓環(huán)境及小規(guī)模線框裝置的影響，礦井瞬變電磁法在井下的探測深度可以有效解釋180m左右，具有以下特點：

1．采用邊長1.5m的多匝回線裝置，與地面瞬變電磁法相比，數據采集勞動強度小，測量設備輕便，工作效率高，成本低；

2．采用小規(guī)?；鼐€裝置系統(tǒng)，保證了數據質量，降低了體積效應的影響，提高了勘探橫向分辨率；

3．井下測量裝置距離異常體更近，提高了測量信號的信噪比，實驗表明，井下測量的信號強度比地面同樣裝置及參數設置的信號強度大得多；

4．地面瞬變電磁法勘探一般只能將線框平置于地面測量，而井下瞬變電磁法測量方式靈活，可以將線圈放置于巷道底板測量，探測底板一定深度內含水性異常體垂向和橫向發(fā)育規(guī)律，也可以將線圈直立于巷道內，當線框面平行巷道掘進前方，可進行超前探測；當線圈平行于巷道側面煤層，可探測工作面內和頂底板一定范圍內含水低阻異常體的發(fā)育規(guī)律；

5．礦井瞬變電磁法對高阻層有較強的穿透能力，對低阻層有較高的分辨能力。

二、在50101綜采工作面的施工布置及技術措施

1.防治水措施：工作面在推進過程中,應堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先探后采”的探放水原則；在接近斷層時提前探放水,回采在施工至斷層60m時提前進行電磁儀物探探查該斷層的富水或導水性；工作面在施工過程中,應及時安設好排水設備,完善排水系統(tǒng)。

2.礦井瞬變電磁法勘探試驗施工布置與工作量：沿巷道迎頭布置測線3條，通過在迎頭移動發(fā)射接收線圈，形成3條超前探測的實測剖面。每條測線11個物理點，總計33個物理點。

3．施工技術措施：礦井瞬變電磁法勘探裝置類型采用重疊回線組合裝置，邊長1.5m的激發(fā)和接收正方形線圈，激發(fā)線圈匝數4匝，接收線圈匝數5匝。供電電流檔為50A，供電脈寬10ms，采樣率16?S。每個測點至少采用30次疊加方式提高信噪比，確保了原始數據的可靠性。

4．質量評述：50101綜采工作面礦井瞬變電磁法勘探試驗數據采集，嚴格按《瞬變電磁法技術規(guī)程》《電阻率測深法技術規(guī)程》執(zhí)行，通過加大發(fā)射功率的方法增強二磁場，提高信噪比等方法，提高了數據采集的準確度，保證了施工質量。

三、礦用瞬變電磁儀物探勘探成果

采取由已知到未知，由點到線，由線到面，由簡單到復雜的解釋原則，首先，對探測數據進行地下半空間和地形較正，消除地形對采集數據的影響；其次，對地質不均勻體進行較正，消除不確定地質因素對所采集數據的影響。通過數據處理，給出了每條測線探測的等視電阻率剖面圖；第三，結合地質資料，把物探異常轉化為地質異常。

儀器采集的原始數據為歸一化電位值，即電位對電流的比值。將數據室內回放，原始數據打開后呈現如圖2所示的兩部分曲線，縱坐標表示某個測點的實測V/I值，從上到下依次為1~32道，可以選擇更多道數。

多測道視電阻率剖面圖

縱坐標分別表示歸一化電位值為10-2到104，以對數方式顯示，橫跨六個數量級，單位為“微伏/安培”；橫坐標表示該記錄的若干個測點記錄，即實際采集了多少個采樣點；“x”表示第幾個測點記錄，“y”表示該測點某測道的實測V/I值。圖例右側表示多測道時間的標注，時間從400us開始到60ms結束，中間分30個測道，不同測道用不同顏色標注。

由圖可橫向分析出測區(qū)的電性大致分布趨勢，峰值越大表示該區(qū)域地下的導電性較好，視電阻率就越趨于小，相對顯示低阻異常?？勺鳛楹罄m(xù)的數據處理及異常區(qū)判斷的原始根據?？v向可從多測道圖的疏密程度來分析不同深度視電阻率的高低，曲線密集處表示該區(qū)域地下的導電性好，視電阻率??；曲線稀疏處表示該區(qū)域導電性差，視電阻率高。經過相關計算可以得出每個測點的視電阻率值，然后用作圖工具制作成圖，并結合公司現有地質及水文地質情況直觀地判斷測區(qū)巖層的電性分布特點。

1．50101綜采工作面（距巷口734m）1、2、3號線側幫物探資料解釋：

50101綜采工作面?zhèn)葞吞綔y共獲得實測扇形剖面3幅，分別為距工作面180m處，前上方45°仰角探測扇形剖面、側幫順層探測扇形剖面、側幫下方45°俯角探測扇形剖面。

（1）1#低阻異常區(qū)位于回風順槽水平向左，工作面方向60~180m處，異常形態(tài)呈局部塊狀。根據實際現場情況，需進行左側幫方向的鉆探驗證。

（2）2#低阻異常區(qū)與硐軸線夾角70°~80°左右，斜向上30°方向，距離運輸順槽80~180m處，異常形態(tài)呈水平帶狀。該低阻異常較為明顯，需進行該方向的鉆探驗證。

2．50101綜采面沿煤層傾向2號線探測扇形剖面解釋：

（1）1#低阻異常區(qū)相對回風順槽來說：位于水平工作面方向，距離工作面約40~90m處，該區(qū)域低阻異常反應較為明顯，根據實際現場情況，需向該方向進行鉆探驗證。

（2）2#低阻異常區(qū)：位于運輸順槽一側，與硐軸線夾角80°~90°之間，順層方向，距離運輸順槽約90~ 180m處，異常形態(tài)呈水平帶狀。該區(qū)域低阻異常反應較為明顯，需進行該順層方向的鉆探驗證。

3．50101綜采面探測向下方45°俯角探測扇形剖面解釋：

1#低阻異常區(qū)位于運輸順槽方向，與硐軸線夾角70°~80°之間斜向下45°方向，距離運輸順槽約110~130m處。根據實際現場情況，需進行該方向的鉆探驗證。

（作者系山西寧武能源投資有限責任公司董事長）

（責任編輯：周瓊）