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祝云飞(华东办事处)
摘 要：军城煤矿21201工作面构造较为发育，主采煤层12下煤。为确保21201工作面的安全开采，工作面开采前必须查明顶板富水性及断层、裂隙含水情况，本次探测采用矿井瞬变电磁法布置四个探测方向，轨道顺槽测点上共布置3个探测方向，3条联络巷也布置3个探测方向。对瞬变电磁探测数据处理采用YCS40(A)型矿用瞬变电磁仪配套的MTem2.0处理系统，根据皮带顺槽右帮(工作面外侧)的探测结果显示，外侧顶板局部存在富水性异常区域，分析局部区域富水性较强，建议提前进行钻探验证，预防工作面回采过程中引起水害。关键词：矿井瞬变电磁法;数据滤波处理;正反演计算;富水性异常区域
0 引言
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掌子面传播，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。
1 地质概况
军城煤矿21201工作面为东翼二采区的首采面，位于二采区东北部。工作面西北为-425东大巷，南部为二采轨道、二采胶带两上山。南侧为正在准备的21203工作面。其他均为未开拓区。21201工作面靠近煤层露头，根据两顺槽揭露情况，七灰、六灰裂隙发育，局部含水性较强;五灰位于12下煤上部26m，五灰均厚1.6m，浅灰色、层位较稳定，该区施工的探五灰钻孔揭露五灰少量出水，井下其他地方揭露五灰含水不均匀;三灰含水层位于12下煤上部50m，均厚6.7m，其他地方揭露均含水，富水性较强，属较强含水层。
同时该工作面顶板七灰、六灰裂隙发育，局部含水性较强;五灰位于12下煤上部26m，五灰均厚1.6m，浅灰色、层位较稳定，该区施工的探五灰钻孔揭露五灰少量出水，井下其他地方揭露五灰含水不均匀;三灰含水层位于12下煤上部50m，均厚6.7m，其他地方揭露均含水，富水性较强，属较强含水层。
2 瞬变电磁探测方法技术及数据采集
2.1仪器设备
本次探测使用仪器为福州华虹智能科技开发有限责任公司研制的YCS40(A)型矿用瞬变电磁仪，该仪器主要功能如下：
1、采样功能：①可设置测线号、测点号、发送频率、叠加次数、发送边长匝数、接收边长匝数、抑制系数、发送电压、日期等采样参数：②可采样二次磁场参数。
2、存储功能：①可存储采样的二次磁场数据;②存储容量：2048测点;③可查询存储的二次磁场的数据。
3、传输功能：①具备USB接口;②仪器存储的二次磁场采集数据可以通过USB接口传输到U盘。
4、软件主要功能：①自动增益：1倍、10倍、100倍、1000倍共四档;②采样叠加次数：32-2048次;③最小采样间距：1μs;④通过USB数据线向U盘传输数据。
2.2井下观测系统布置
本次探测采集区域包含皮带顺槽的980m、轨道顺槽的970m、1号联络巷(距离切眼130m位置)110m，2号联络巷(距离切眼500m位置)100m和3号联络巷(距离切眼720m位置)100m。
本次主要是探测21201工作面顶板的富水性，所以在皮带顺槽测点上共布置四个探测方向，轨道顺槽测点上共布置3个探测方向，3条联络巷也布置3个探测方向。现场测点布置为每10m一个测点，具体的布置方式如图1、图2和图3所示。
图1 21201轨道顺槽单个测点布置示意图
图2 21201工作面联络巷单个测点布置示意图
图3 21201皮带顺槽单个测点布置示意图
根据实际施工条件，在轨道顺槽共布置测点98个，每个测点探测三个方向;在皮带顺槽布置测点99个，每个测点探测四个方向;1号联络巷(距离切眼130m位置)、2号联络巷(距离切眼500m位置)和3号联络巷(距离切眼720m位置)共布置32个测点，每个测点探测3个方向，既考察巷道顶板上方100m范围电性的变化情况，也考察了工作面顶板及皮带顺槽外侧上方100m范围内电性变化情况。每组数据选择40个时间窗口。
3 数据处理及结果分析
3.1 数据处理
本次瞬变电磁探测数据处理采用YCS40(A)型矿用瞬变电磁仪配套的MTem2.0处理系统，其处理主要流程为：数据上传—格式转换—数据滤波处理—计算晚期视电阻率—正反演计算—结果成图。
对21201工作面上方的富水性考察时，数据处理，以皮带顺槽切眼退后970m位置处为左边原点，皮带顺槽所在的坐标轴为X正半轴，皮带顺槽垂直方向为Y轴的正半轴建立空间笛卡尔坐标系，该坐标系与掘进实际测点相对应。
图4 21201工作面顶板30m层位富水性探测结果贴图
图5 21201工作面顶板50m层位富水性探测结果贴图
图4和5分别代表了21201工作面顶板上方30m和50m层位的电性横向及纵向的变化情况。图6是根据上述探测数据深度处理得到的结果，该切片代表了21201工作面从30m～50m电性横向及纵向的变化情况。
图6 21201工作面上方不同深度的电阻率切片
(1)图4、5为21201工作面顶板上方30m、50m深度的切片，其中30m深度的切片显示在工作面距离坐标原点(皮带顺槽切眼退后970m处)80m～112 m(异常区1)、216m～312m(异常区2)、360m～440m(异常区3)、480m～624m(异常区4)、640m～832,m(异常区5)、840m～960m(异常区6)左右的区域视电阻率值较低，其中局部区域的视电阻率值在7 以下，分析该区域富水性强;而50m深度的切片显示在工作面距离坐标原点(皮带顺槽切眼退后970m处)60m～110 m(异常区7)、160m～320m(异常区8)、330m～460m(异常区9)、470m～710m(异常区10)、820m～960m(异常区11)左右的区域视电阻率值较低，其中局部区域的视电阻率值在7 以下，分析该区域富水性强。
(2)图4、5共显示11个低阻异常区域，异常区域1和异常区域7分析可能为顶板五灰富水或者是陷落柱引起的岩性变化造成;异常区域2和异常区域8分析顶板方向的五灰和三灰都存在强富水性，直接表现在巷道揭露断层处出水量增大，并且结果显示三灰的富水性要强于五灰;异常区域3和异常区域9分析顶板方向的五灰和三灰都存在强富水性，并且结果显示三灰的富水性要强于五灰;异常区域4分析为顶板五灰含水引起，在2号联络巷揭露断层时明显出水量增大;异常区域5分析为顶板五灰含水引起，局部可能为陷落柱引起的岩性变化造成;异常区域6分析为顶板五灰含水引起，局部为断层及陷落柱引起的岩性变化造成;异常区域10分析为顶板三灰含水引起，局部可能为陷落柱引起的岩性变化造成，并且相比异常区域5可以看出，三灰的富水性要强于五灰;异常区域11分析为顶板三灰含水引起，局部为断层及陷落柱引起的岩性变化造成，相对异常区域6的低阻异常区域面积要小，但是在部分区域的视电阻率值更低，说明相对富水性更强。
(3)图6为21201工作面顶板上方30m、50m和80m层位的切片，其中30m和50m的层位大致对应于工作面顶板上方五灰和三灰的地层信息，通过两个层位的切片数据，可以反映出局部区域五灰和三灰存在强富水性;由于受前两灰岩层的强富水性影响，体现在80m深度上低阻异常区域，这些低阻区域的可信度较低。
4 结论
根据21201工作面皮带顺槽和轨道顺槽的地质资料，结合本次瞬变电磁探测结果，得出如下结论：
根据皮带顺槽、轨道顺槽及3个联络巷探测结果形成21201工作面顶板的富水性切片图，如图4、5所示，分别表示21201工作面顶板上方30m、50m深度的切片，图中30m深度的切片显示在工作面距离坐标原点(皮带顺槽切眼退后970m处)216m～312m(异常区2)、360m～440m(异常区3)、480m～624m(异常区4)、840m～960m(异常区6)为重点低阻异常区域，分析为强富水性区域;50m深度的切片显示在工作面距离坐标原点160m～320m(异常区8)、330m～460m(异常区9)、470m～710m(异常区10)、820m～960m(异常区11)为重点异常区域，其中局部区域的视电阻率值在7 以下，分析这些区域为强富水性。
根据皮带顺槽右帮(工作面外侧)的探测结果显示，外侧顶板局部存在富水性异常区域，分析局部区域富水性较强，建议提前进行钻探验证，预防工作面回采过程中引起水害。
根据本次探测结果，结合矿方提供的地质及水文资料，综合评价21201工作面顶板整体富水性强。
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