一、3下7111工作面概况
3下7111工作面位于七一采区东翼，东侧相距尹家洼断层(H=40-110∠65-77°)260m左右，西侧为物探DF2(H=5-20∠75°)、DF8(H=0-21∠55°)及DF3(H=5-40，∠55-75°)断层，切眼北侧临近井田边界，工作面四周无采掘活动。该工作面走向长度约1086m，倾向长度约189m，标高-846～-778m，主采3下煤层，工作面煤层赋存较稳定，煤层厚度2.2～8.7/4.8m，局部受较大断层影响，煤层局部破碎、节理裂隙较发育，出现碎裂煤，正常块段煤体结构以原生结构煤为主。煤层结构复杂，煤层倾角4～17°，平均6°，可采储量113.0万t。工作面地面相对位于圈里村东北约500m，距北风井东北约2900m。工作面地表多为农田。地面标高+54.3～+56.2m。
煤层顶板上覆岩层为灰色-浅灰色中、细砂岩，薄-中厚层状，分选性好，泥钙质胶结夹泥炭质条纹，具裂隙，f=8～12，厚度22.1～55.0/39.5m，工作面上方北薄南厚，是煤层直接充水含水层。侏罗系底砾岩，厚度63.1～72.4/67.8m，红褐色，巨砾结构，由灰岩块及砂岩块组成，次圆状，分选中等，铁泥质胶结，上部垂直裂隙发育，泥质全充填，坚硬，完整，不整合接触于二叠系地层之上。砾岩富水性极不均一，相差悬殊较大。
 图1-1 3下7111工作面尹家洼断层探测施工范围示意图
该工作面为七一采区东翼首个回采工作面，工作面顶板砂岩水、砾岩水未得到有效疏放，防治水成为重点工作。工作面东侧尹家洼断层距离工作面较近，需进一步探测富水性及断层位置，确保回采正常。进一步探明工作面东侧尹家洼断层富水性及构造位置，评价受奥灰水影响程度，确保工作面回采安全。
本次探测的目的及任务有两个：
(1)采用瞬变电磁探测方法探查从3下7111工作面运输巷探明3煤顶板砂岩、侏罗系砾岩含水层及尹家洼断层富水情况，为工作面回采安全提供技术指导。
(2)采用槽波反射方法探查3下7111工作面运输巷东侧尹家洼断层位置及发育变化情况。
三、3下7111工作面瞬变电磁探测
3.1 探测方法原理
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。瞬变电磁场在大地中主要以“烟圈“扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。
3.2 现场数据采集
根据多匝小回线发射电磁场的方向性，可认为线框平面的法线方向即为瞬变电磁探测方向。因此，将发射、接收线框平面对准煤层顶板和底板进行探测，便可反映煤层顶板和底板煤层内部的地质异常。根据这个原理结合本次的探测目的，对工作面内探测时可将重叠回线装置平行于巷帮，使线框平面的法线与工作面平行；对顶板进行探测时可沿煤层将线框与顶板倾斜一定的角度确保线框平面的法线指向工作面顶板。
本次对尹家洼断层探测采用了4个探测方向对顶底板含水层富水性进行探测，根据综合柱状图及水文地质报告结合本次瞬变电磁的探测目的在3下7111工作面运输巷布置测线，运输巷测线共62个测点，从0#～62#，每个测点分别为顶板45°、顺层、底板30°、底板60°共4个方向(如图3-2所示)。每一个测点的点间距为5m，测线长度为300m，本次工作面顶底板水害探测总物理点数为2*4*80 =19840个。
根据现场施工条件的实际情况，于2017年6月20日在3下7111工作面运输巷进行瞬变电磁探测的数据采集，分别在顶板45°、顺层、底板30°、底板60°共4个方向进行施工。运输巷从3#导线点开始到切眼结束，共300m。
 图3-1 3 下7111工作面尹家洼断层瞬变电磁测点布置示意图 
图3-2 3下7111工作面尹家洼断层瞬变电磁探测方向示意图 3.3 探测成果分析
瞬变电磁数据处理：数据处理时建立统一坐标系，以3下7111工作面运输巷相对3#导线点垂向对应位置为平面坐标原点，沿运输巷为x轴正方向，沿工作面倾斜方向为y轴正方向，为每个数据采集点建立坐标(如图3-3)，并形成给定的数据格式文件，然后进行反演，获得顶板底板岩层的电性参数，采用Surfer软件形成电阻率等值线图。
图3-3 3下7111工作面尹家洼断层瞬变电磁探测坐标系统示意图 本次瞬变电磁探测数据处理采用YCS512矿用本安型探水仪配套的YCS512 3.2.0.0处理系统，其处理主要流程为：
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。
图3-4为尹家洼断层不同探测方向视电阻率综合拟断面图，视电阻率小于10Ω.m的区域，定义为视电阻率异常区域。
由图可知，顶板45°方向存在3个视电阻率异常区，分别为YC1、YC2、YC3，具体位置为YC1在横坐标0m～50m，纵坐标-30m～30m范围，YC2在横坐标60m～130m，纵坐标-10m～-70m范围，YC3在横坐标180m～270m，纵坐标-30m～-100m范围；顺煤层方向存在2个视电阻率异常区，分别为YC1、YC3，具体位置为YC1在横坐标0m～50m，纵坐标-40m～10m范围，YC3在横坐标140m～280m，纵坐标-40m～-100m范围；底板30°方向存在2个视电阻率异常区，分别为YC2、YC3，具体位置为YC2在横坐标60m～120m，纵坐标10m～-60m范围，YC3在横坐标170m～290m，纵坐标-20m～-90m范围；底板60°方向存在2个视电阻率异常区，分别为YC2、YC3，具体位置为YC2在横坐标80m～140m，纵坐标-10m～-60m范围，YC3在横坐标180m～300m，纵坐标-30m～-90m范围。
综合4个方向的视电阻率综合拟断面图分析：
(1)据顶板45°方向及顺层方向视电阻率拟断面图可知顶板含水层存在一个富水异常区，综合分析在X=0～50、Y=-40～10m区域内，此范围内为砂岩重点防治区域，富水性较弱。
(2)据顺层、底板30°、底板60°方向四个方向的视电阻率拟断面图可知底板含水层存在两个富水异常区，综合分析在X=60m～130m、Y=-10～-60m，X=180m～290m、Y=-30～-90m区域内，存在上下的水力联系，判断此范围内为断裂构造水。
图3-4 尹家洼断层不同探测方向视电阻率综合拟断面图  附图1 3 下7111工作面尹家洼断层瞬变电磁探测综合解释结果图
4.1 槽波地震勘探原理
槽波地震勘探是利用在煤层中激发和传播的导波，探查煤层不连续性的一种地球物理方法，是地震勘探的一个分支。槽波地震勘探可以探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带、采空区及废弃巷道等地质异常，具有探测距离大，精度高、抗干扰能力强、波形特征易于识别以及最终成果直观的优点，尤其在探测精度和距离上优于其他煤矿井下勘探方法，是目前最有效的探测方法之一。
槽波反射这种方法的有效波是反射槽波信号。如果槽波在煤层中传播遇到了煤层中的不连续体，即遇到了地震波的波阻抗(速度和密度差异的分界面，就会产生反射槽波信号，因此，识别出这些反射槽波信号就能直接判断出煤层不连续的位置。如图4-1示，炮点与检波点布置在同一巷道内，炮点在排列附近。槽波反射法的最大优点是可以在一条煤巷中向两侧探测小构造，这在采矿上的实用价值特别大，所以它是槽波地震的重要部分。
图4-2 3下7111工作面运输巷分布式地震勘探范围及系统布置示意图
4.2 工作量及质量评述
本次3 下7111工作面运输巷槽波地震分为两段进行数据的采集，第一段从运输巷8#导线点到13#导线点后10m，测线长度150m，共采集到有效数据14炮，接收点数30点，接收道数520道；第二段从运输巷3#导线点到6#导线点，测线长度150m，采集到12炮有效数据，接收点数30点，接收道数360道。该工作面在施工前处于暂时停采状态，影响因素较少，数据质量较好，满足后续的数据处理及解释工作的要求。  4.3 数据处理成果
 图4-5为地震反射方法所得到的槽波反射探测结果，深度反射剖面反映了巷道顺煤层弹性差异界面在空间的位置关系。从剖面中可以看出，运输巷第一段(从运输巷8#导线点到13#导线点后10m)探测范围内存在有较为明显的反射相位，其中有3组反射波能量强异常界面，分别为JDF3、JDF4、JDF5，以13#导线点后10m位置为坐标原点，综述如下： (1)反射异常界面JDF3，反射波能量强，反射相位明显，距离巷道右帮垂直深度60～120m，沿煤层走向方向发育100～150m； (2)反射异常界面JDF4，反射波能量强，反射相位明显，距离巷道右帮垂直深度60～200m，沿煤层走向方向发育0～100m； (3)反射异常界面JDF5，反射波能量强，反射相位明显，距离巷道右帮垂直深度60～90m，沿煤层走向方向发育0～100m。 图4-6为地震反射方法所得到的槽波反射探测结果，深度反射剖面反映了巷道顺煤层弹性差异界面在空间的位置关系。从剖面中可以看出，运输巷第二段(从运输巷3#导线点到6#导线点)探测范围内存在有较为明显的反射相位，其中有2组反射波能量强异常界面，分别为JDF1、JDF2，以3#导线点位置为坐标原点，综述如下： (1)反射异常界面JDF1，反射波能量强，反射相位明显，距离巷道右帮垂直深度30～40m，沿煤层走向方向发育40～130m； (2)反射异常界面JDF2，反射波能量强，反射相位明显，距离巷道右帮垂直深度95～117m，沿煤层走向方向发育0～150m。 
图4-6 3下7111工作面运输巷(第二段)槽波反射探测结果图
4.4 结果分析
本次针对尹家洼断层位置的探测，在3下7111工作面运输巷非工作面一侧采用分布式地震系统中的槽波反射方法进行施工。根据采掘平面图和井下水仓的实际情况，决定分两段进行探测，第一段从运输巷8#导线点到13#导线点后10m，共150m；第二段从运输巷3#导线点到6#导线点，共150m。每段选用10个采集盒，30道检波器，跑间距为10m，道间距为5m，放炮顺序从里往外依次单个放炮。利用分布式地震系统配套的数据处理软件KDZ3114-4.0.0.272进行数据的处理和分析，根据附图2具体的分析结果如下：
(1)运输巷第一段存在有3组反射波能量强异常界面，分别为JDF3、JDF4、JDF5；具体位置在，反射异常界面JDF3，距离巷道右帮垂直深度60～120m，沿煤层走向方向发育100～150m；反射异常界面JDF4，距离巷道右帮垂直深度60～200m，沿煤层走向方向发育0～100m；反射异常界面JDF5，距离巷道右帮垂直深度60～90m，沿煤层走向方向发育0～100m。
(2)运输巷第二段存在2组反射波能量强异常界面，分别为JDF1、JDF2；具体位置在，反射异常界面JDF1，距离巷道右帮垂直深度30～40m，沿煤层走向方向发育0～130m；反射异常界面JDF2距离巷道右帮垂直深度95～117m，沿煤层走向方向发育0～150m。
(3)综合槽波反射结果、三维地震及工作面揭露断层分析，JDF1为断层DF11发育范围；JDF2为尹家洼断层发育位置；JDF3为工作面内揭露的沿工作面倾向发育的落差为6m的断层延展范围，此断层为尹家洼断层的伴生断层；JDF4为断层DF11主要发育区段；JDF5为隐伏断裂构造，可能为工作面揭露落差为6m的断层的发育范围，判断为DF11断层的伴生断层。
附图2 3 下7111工作面运输巷槽波反射综合解释图  五、结论
(1)瞬变电磁探测中存在三个低阻异常区，YC1主要反应顶板方向的富水区域，推测为顶板砂岩含水层富水；YC2、YC3异常区在顶底板及顺层方向均存在低阻异常现象，这两个区域为下一阶段重点防治区域。
(2)如图5-1综合物探解释结果，瞬变电磁探测异常区与槽波探测构造异常区基本重叠，说明瞬变电磁探测YC1、YC2、YC3异常区富水性与断裂构造发育相关联或与构造水相关联；
(3)槽波探测解释中的反射波异常区域JDF2判断为尹家洼断层发育范围；JDF1和JDF4均在断层DF11发育范围，但是比三维地震解释的断层延展更大；JDF3为工作面揭露落差为6m的断层向非工作面一帮的延展范围；JDF5为隐伏构造；JDF3和DF11为尹家洼断层的伴生断层；
(4)综合评价3下7111工作面运输巷工区范围内顶底板整体富水性较弱，不均一性较强，且大部分断裂构造与顶板砂、砾岩水连通性较差。
 图5-1 综合物探解释成果图
作者简介：
卢小龙，男，宿州学院地质工程专业，福州华虹智能科技股份有限公司技术中心工程部工程师。
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