福州华虹智能科技股份有限公司 技术中心 彭翔宇
摘 要：瞬变电磁法主要应用于探测煤岩层电性分布特征圈定工作面顶底板相对低阻区，分析与评价其富水性，为防治水工作提供物探资料。本文以探测淮北矿业集团某矿846工作面顶板内相对低阻异常区情况为例；通过实例分析，证明了瞬变电磁法是一种高效的水情水害探测手段，对低阻体探测反应灵敏、分辨率高，在实际应用中与水文地质资料充分结合，可以正确指导煤矿防治水工作。
1 引言
为了进一步做好矿井防治水工作，确保工作面安全、高效回采，根据《煤矿防治水细则》(2018版)第三十九条“严格执行井下探放水‘两探’要求，采掘工作面超前探放水应当采用物探、钻探两种方法，做到互相验证，查清采掘工作面及周边老空水、含水层富水性以及地质构造等情况”等规章制度要求。采用矿井瞬变电磁探测方法，在846工作面进行瞬变电磁探测，探查846工作面面内顶板100m范围内煤岩层的富水情况，为846工作面防治水工作提供物探资料。
2 项目工程应用实例
项目施工的总体方案步骤：
前期资料收集--明确探测任务--合理的进行方案设计--施工--数据软件处理--成果图初步分析--结合矿井地质及柱状图进行综合评价--提供报告。
2.1 地质任务
本项目利用YCS512矿用本安型探水仪探查846工作面面内顶板100m范围内煤岩层电性分布特征圈定工作面顶底板相对低阻区，分析与评价其富水性，为防治水工作提供物探资料。
2.2 地质概况
846工作面位于井口南偏西约2200～2850m，地面有郭井子(已搬迁)，其它多为农田、沟渠。该工作面位于一水平四采区浅部，下覆1041工作面(已收作)，南至104DF2断层防水煤柱，北至848及8410外工作面(均未准备)，东至F11断层，西至8410里工作面(未准备)。工作面标高-460.8m～-379.8m。走向长385m～405m，平均长395m，倾斜宽150m,斜面积59250㎡。

根据已施工的巷道实测，工作面煤层赋存较稳定，煤厚4.7～12.8m平均厚度为7.6m。煤层倾角平均10°；机巷施工过程中共揭露11条断层，其中正断层10条，逆断层1条。落差＜2m断层5条，≥2m＜5m断层2条，≥5m＜10m断层2条，＜10m断层2条。风巷施工过程中共揭露4条断层，均为正断层且落差均小于2m。切眼施工过程中共揭露4条断层(104DF26在机巷已揭露，切眼再次揭露，此处不重复统计)，均为正断层且落差均小于2m。该区域无岩浆岩侵蚀，无10m以上陷落柱等地质异常体。
2.3 施工布置与数据采集
结合846工作面现场探测条件，现设计分别在846工作面机巷、846工作面风巷布置两条测线；每条测线10m布置一个测点，846工作面机巷从J6点开始，往切眼方向以次标为1-45#点，每个测点布置4个探测方向：分别是面内仰角90°方向、面内仰角60°方向、面内仰角30°方向、面内顺层方向；详见图1；846工作面风巷从F2点前22m(F3点退后22m)开始，往切眼方向以次标为1-45#点，每个测点布置4个探测方向：分别是面内仰角90°方向、面内仰角60°方向、面内仰角30°方向、面内顺层方向。测点布置详见图2。


2.4 采集数据评价
现场探测时，矿方已按照防治水细则要求，停掉846工作面区域内动力电源；846机巷与风巷均为锚网加钢棚支护，面内一侧均存在着一部皮带及瓦斯抽排管道，底板存在轨道，顶板存在单轨吊，面外一侧存在电缆及风水管路，这些外在因素均会对数据采集造成一定的影响。
2.5 探测结果与分析解释
本次瞬变电磁探测数据处理主要流程为：数据上传——格式转换——测线编辑——参数校正——计算视电阻率——正反演计算——三维联合反演——结果成图。
经上述数据处理过程，获得瞬变电磁视电阻率剖面结果，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，结合这个原则进行如下分析。
为解影响846工作面顶板50m范围内的电性特征，利用846机巷与846风巷两条巷道瞬变电磁数据进行联合反演，制作了846工作面顶板10m、顶板20m、顶板30m、顶板40m、顶板50m、顶板60m、顶板70m、顶板80m、顶板90m、顶板100m深度剖面图来了解846工作面煤层顶板方向的富水性。
经上述数据处理分析，获得846工作面顶底板岩层视电阻率剖面图，图中不同的色调表示不同的视电阻率值，并且遵循色调从冷色调到暖色调表示视电阻率值不断升高的规律，具体如附图3～附图4所示。
附图3为846工作面顶板不同深度瞬变电磁探测剖面图，根据探测结果可以推断工作面顶板探测范围内不同深度的电性变化；
附图4为846工作面顶板瞬变电磁探测相对低阻区域分布范围图。
附图3 846工作面顶板不同深度瞬变电磁探测结果附图(1)

附图3 846工作面顶板不同深度瞬变电磁探测结果附图(2)

附图3 846工作面顶板不同深度瞬变电磁探测结果附图(3)

附图3 846工作面顶板不同深度瞬变电磁探测结果附图(4)

附图3 846工作面顶板不同深度瞬变电磁探测结果附图(5)


附图3 846工作面顶板不同深度瞬变电磁探测结果附图(6)

附图3 846工作面顶板不同深度瞬变电磁探测结果附图(7)

附图3 846工作面顶板不同深度瞬变电磁探测结果附图(8)



3.5.3 分析解释
根据不同深度视电阻率联合反演剖面可看出，本次在846工作面进行的瞬变电磁探测，视电阻率值整体偏高，反映出846顶板整体富水性弱；846工作面顶板探测范围内发现4处相对低阻区域，分别命名为YC1、YC2、YC3、YC4。结合瞬变电磁数据处理结果、现场探测条件及水文地质资料综合分析，推测YC1、YC2、YC4与8煤顶板岩层裂隙发育，少量富水所致；推测YC3与8煤顶板岩层破碎所致。
3.6 验证情况
4处异常区揭露验证，3处为8煤顶板岩层裂隙发育，少量富水所致；1处与8煤顶板岩层破碎所致。
4 结语
通过在淮北矿业集团某矿846工作面的探测应用，证明瞬变电磁法是一种行之有效的水情水害探测方法，同其他方法相比，具有以下特点：a)探测方法简单，与钻探相比，探测费用大大降低；b)探测成果清晰直观，精度高，完全能够满足回采生产的技术要求；
因此，瞬变电磁法在工作面水情水害探测中具有广泛前景；同时，由于各矿地质条件的差异，应用过程中必须设置合理的探测方向，尽可能排查干扰，提高探测结果的准确性，为煤矿工作面的安全高效回采提供有力保障并带来更大的经济效益。