郑煤集团公司白坪矿目前正在开采二1煤层，21051工作面位于21采区东翼，西至21采区回风、胶带及轨道下山，东为23采区，北至箕F87断层保护煤柱，南为21采区21031准备工作面。21051综采工作面二1煤直接底板岩性主要为泥岩、砂质泥岩，层位稳定，但厚度变化较大，根据21采区回风下山、轨道下山、胶带下山实揭地质资料分析，L7-8富水性较弱;二1煤层底板到L1-4灰岩顶面平均厚度为42.18m，L1～4灰岩及寒武系白云质灰岩岩溶裂隙含水层为底板间接充水层，可通过构造与L7～8灰岩形成直接水力联系。遵照“有掘必探，先探后掘”的防治水原则，白坪煤业有限公司委托福州华虹智能科技开发有限公司在21051工作面上、下付巷进行瞬变电磁探测工作。我们在充分了解了矿井地质资料的情况后，组织技术人员于2013年04月01日—04月02日下井进行了数据采集，随即我们技术人员结合本区地质特征对原始数据进行了精细处理和针对性解释工作，完成本报告的编制工作。
本次物探工作参考资料如下：
白坪煤业有限公司21051工作面采掘工程平面图;
白坪煤业有限公司21051工作面顶底板综合柱状图;
白坪煤业有限公司21051工作面回采地质说明书。
　一 概 况
1.1 探测位置
21051工作面对应地表为受风化剥蚀的低山丘陵地貌，地面多被植被和灌木覆盖，工作面北部为低山，地形起伏较大，沟谷发育，低山两侧为丘陵;工作面东部地表谷地对应村庄为上幽兰村居民区。21051工作面位于21采区东翼，西至21采区回风、胶带及轨道下山，东为23采区，北至箕F87断层保护煤柱，南为21采区21031准备工作面。
本次探测的范围如图1-1黄色线条所示。图中蓝色箭头表示探测方向，点距为10m。

图1-1 探测位置示意图

1.2 目的任务
根据矿方要求，本次物探工作的任务如下：
1.调查21051工作面内的富水情况;
2.调查21051工作面底板80m深度范围内的富水情况;
　二 区域水文地质概况及地层电性特征
2.1 水文地质情况
本工作面与矿床相关含水层有：
1、顶板水：21051综采工作面直接顶为二1煤层标志层大占砂岩，大占砂岩整体上比较稳定，局部区域砂岩裂隙发育，会有顶板淋水现象，回采期间则通过裂隙以淋水的方式向空区充水，该含水层富水性较弱，对回采影响不大。
2、底板水：21051综采工作面二1煤直接底板岩性主要为泥岩、砂质泥岩，层位稳定，但厚度变化较大，根据21采区回风下山、轨道下山、胶带下山实揭地质资料分析，L7-8富水性较弱;二1煤层底板到L1-4灰岩顶面平均厚度为42.18m，L1～4灰岩及寒武系白云质灰岩岩溶裂隙含水层为底板间接充水层，可通过构造与L7～8灰岩形成直接水力联系。
突水系数T=P/M=0.119。
3、老空水：该工作面为21采区首采工作面，周围均为未开采区域，不受采空区水影响。
4、断层水：该区域发育有箕F87断层和箕F21断层，箕F87断层与21051下顺槽间隔煤柱大于60m，不受该断层水威胁。工作面东南部发育有箕F21断层，与21051上顺槽间隔煤柱大于58m，根据23采区回风下山在超前钻探及掘进期间的地质资料分析，基本排除了箕F21断层存在的可能性。该面受断层水的影响较小。
5、钻孔水：经查21051 工作面上顺槽附近区域有10915钻孔存在。10915钻孔终孔层位为L4灰岩下部泥岩，封孔长度387m，其中，二1煤顶封323m，至五3煤上部泥岩，二1煤底封64m，至L4灰岩下部泥岩，封孔质量合格，该工作面不受封闭不良钻孔水影响。
6、地表水：21051工作面二1煤层埋深606.5m～751.3m，由于煤层埋藏深度大于安全开采深度(80m)，地表形成冲沟，雨季形成季节性河，旱季则干涸，地表水不可能通过采动裂隙及冒裂带导入井下，因此采掘工程不受地表水体的影响。
7、地表水井：经调查地面村庄村民所用水井深度不超过35m，均采取第四系潜水作为生产、生活用水来源。
　2.2 地层电性特征
从岩性物性差异的角度，一般认为：变化规律为泥岩、粉砂岩、中砂岩、粗砂岩、砾岩到煤层、灰岩，电阻率逐渐增高，即煤层、灰岩相对其它岩层为高电阻率阻层;若岩层含水，则随着其含水率的增加电阻率值减小，因此岩层电阻率发生变化除与岩层岩性本身有关外，其含水性也起决定作用，故在灰岩、煤层等高电阻率地层中，岩煤层含水，表现为低电阻率值;相反，则表现为高电阻率值特征。
本次探测的煤层在正常情况下应表现为高电阻率值，在存在导水通道的情况下表现为低阻特征，两者之间存在较明显的电性差异，这为本次探测提供了良好的地球物理前提。
　三 技术方法及工作量
3.1 探测方法
结合目的任务，本次矿井物探采用福州华虹智能科技开发有限公司研发的对低阻体反映灵敏的YCS256矿井瞬变电磁仪进行富水性探测。
　3.2 基本原理
瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Methods)，又称时间域电磁法(Time Domain Electromagnetic Methods)，简称TEM或TDEM，它是利用不接地回线或接地线源(电极)向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈或接地线源(电极)观测二次涡流场的方法。(见图3-1)。

图3-1 全空间瞬变电磁法工作原理示意图

矿井瞬变电磁法工作原理示意图见图3-2。

图3-2 矿井瞬变电磁工作原理示意图

　　3.3 仪器装置
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生产的YCS256型矿用瞬变电磁仪(图3-3)，该矿用瞬变电磁仪对低阻充水区域反映特别灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高，且具有施工方便、快捷、效率高等优点，既可以用于煤矿掘进头前方超前探测，也可以用于巷道侧帮、煤层顶、底板等探测，为煤矿企业在生产过程中可能存在的水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段。 　　图3-3 瞬变电磁仪器示意图
本次矿用瞬变电磁仪用于巷道超前探测时，仪器系统选择的技术参数如表2所示。

　　表2 矿用瞬变电磁工作面探测系统参数设置表

　　3.4 现场观测系统布置

在井下21051综采工作面实地观察及地质分析后，结合探测目的任务，选择了更适于全面探测该工作面的布点方法。

　　
图3-4 探测方向示意图

　　3.5 巷道现场情况
本次施工在21051综采工作面的上付巷、下付巷中进行，现场探测条件较差，巷帮有工字钢、锚杆、锚网、支柱等干扰物，同时，下付巷附近的地面还有大量的皮带架堆积，这些干扰因素都对数据的采集产生了较大的影响。
四 数据处理及结果解析
本次瞬变电磁探测数据处理采用YCS256矿井本安型瞬变电磁仪配套的处理软件，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。
经上述数据处理过程，获得巷道前方瞬变电磁剖面结果，图中不同的颜色代表不同的视电阻率值，颜色由冷色调到暖色调说明阻值从小变大的趋势，结合这个原则可进行如下分析：
4.1 21051工作面视电阻率联合反演解释成果

　　
图4-1 21051工作面内视电阻率联合反演拟断面图

    图4-1为21051工作面内视电阻率联合反演拟断面图，以联络巷-切眼为临时坐标正方向，从观测系统中可以看出，21051工作面内在距切眼500—540m段视为低阻异常区，推测区域有富水可能性。
4.2 21051工作面底板不同深度视电阻率联合反演切片

　
图4-2 21051工作面底板不同深度视电阻率联合反演切片
表3 21051工作面综合柱状图

图4-2为21051工作面底板不同深度视电阻率联合反演切片，以切眼—联络巷为临时坐标正方向，从观测系统中可以看出，21051工作面内在距切眼500—540m段视为低阻异常区;同时，在距切眼260—340m段底板视电阻率值较低，推测区域有富水可能性。
五 结论及建议
5.1 结论
通过本次瞬变电磁探测结果，并结合该掘进巷道区域地质资料，得出如下结论：
(1)21051工作面内及底板整体富水性较弱;
(2)21051工作面内在距切眼500—540m段视为低阻异常区，推测区域有富水可能性;
(3)21051工作面底板方向在距切眼 260—340m段视为低阻异常区，推测该区域底板L1-4存在局部富水可能性;
　5.2 建议
(1)针对21051工作面所推测富水异常区，在以后的生产过程中，应加强监控监测，并对异常区域进行钻孔验证，确保生产安全;
(2)工作面回采过程中，应加强地质编录，可进一步提高待掘区域的探测解释精度;
(3)工作面回采过程中，做好水文地质预测预报工作;
(4)工作面回采过程中，发现水文异常或构造异常，应及时通知相关技术人员，确保生产安全。
(5)建议矿方针对本次探测提出的低阻异常区域布置合理钻孔钻探验证。
(6)物探结果不能作为矿方安全生产依据，仅为水文、地质等工作的辅助手段，必须与其他(如钻探、巷探等)探测手段综合应用。
　　六 验证情况
我们与2013年9月前往该矿回访，收集验证资料，矿方反应探测结果准确可靠，具体验证情况如下：
瞬变电磁物探显示工作面切巷向外260-340m区域为低阻异常区，推测该区域底板含水层富水性较大，其他地段富水性较弱，在工作面施工底板注浆加固钻孔过程中，终孔在富水性较大区域共7个钻孔，有4个出现涌水，其中一个孔水量最大，为15m³/h，其余三个钻孔水量0.3m³/h。物探显示富水性较弱区域，施工底板注浆加固钻孔均无出水。

 

　作者简介：
周凯，男，宿州学院地质工程专业，福州华虹驻中原办事处主任工程师。
施劲松，男，安徽理工大学水文与水资源专业，福州华虹驻中原办事处物探技术员。
周友俊，男，安徽理工大学地质工程专业，福州华虹驻中原办事处物探技术员。
许金龙，男，安徽理工大学地理信息系统专业，福州华虹驻中原办事处物探技术员。