瞬变电磁探测技术在小沟矿扩建井防治水工作中的应用

（新疆天富南山煤矿有限责任公司，石河子市，832026） 高 飞 张 斌 秦凤祥

小沟井田位于石河子市西南约75km。行政区划属新疆维吾尔自治区沙湾县管辖。井田中心地理坐标85°44′13″、北纬43°54′32″，井田范围由五个拐点圈定；南东—北西向长约3500m,北东—南西向宽约900m，面积3.01km2。南山煤矿小沟分矿60万吨/年扩建项目，在施工B4煤层+1190m至+1 270m水平联络上山40m处时，标高位于+1 214.63m掘进工作面煤层下部及底板见水。轨道下山+1190m甩车场水平车场30m处，B4-B3煤层层间岩石存在构造裂隙淋水现象，见水点标高位于+1186.19m。皮带运输下山480m处出现淋水现象，见水点标高位于+1186.19m。经过分析，小沟矿井下的水主要来自老采空区积水，该区域为B3煤层采空区，存在老采空区年代久远，没有资料，无法得知确切的采深、采长等。为了保证井下施工安全，防止透水事故发生，分别在+1270m水平和+1190m水平B3、B4煤层进行瞬变电磁探测法进行探水。

1 原始数据采集

1.1 方法介绍

瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。

井下瞬变电磁勘探只能在巷道内进行，一般利用多匝小线圈采用剖面装置方式进行发射和接收。本次探测使用澳大利亚TERRA TEM瞬变电磁仪，发射线圈和接收线圈框重叠，两线圈轴线指向目标体。发射和接收线圈都为1.5m×1.5m的多匝线圈。

1.2 测点布置

根据小沟矿的情况，本次井下超前探测共有三处，分别为+1270东翼水平巷道、+1270水平石门和+1190上山巷道。+1270东翼水平巷道共观测物理点66个，+1270水平石门采集物理点9个，+1190上山巷道采集物理点115个，试验点10个，共计物理点200个。

（1）+1270东翼水平巷道主要探测巷道左侧煤层顶底板巷道侧帮及超前探测一个方向的测点布置，本次探测针对B4煤层顶底板共进行了6个方向的探测，分别为：煤层顶板45°方向、煤层顶板30°方向、煤层顶板15°方向、顺B4煤层方向、煤层底板15°方向和煤层底板30°方向。

（2）+1190上山巷道主要探测巷道两侧煤层顶底板及掘进头前方煤层顶底板巷道侧帮及超前探测一个方向的测点布置，本次探测针对B4煤层顶底板共进行了5个方向的探测，分别为：煤层顶板30°方向、顺B4煤层方向、煤层底板15°方向、煤层底板30°方向和煤层底板45°方向。

（3）+1270水平石门主要探测煤层方向，共布置测点9个。

1.3 空间位置

由于本次探测主要针对+1270东翼平巷和+1190上山巷道中间位置的B4煤层顶底板，所以我们布置了多个探测方向，来有效控制上述区域。顺B4煤层方向探测，可以看出，从两个巷道进行探测基本覆盖了两个巷道之间的区域及+1190上山巷两侧区域。从两个巷道进行多个方向的探测从立体上覆盖了两个巷道之间的区域。

2 数据处理与资料解释

2.1 瞬变电磁法

瞬变电磁法观测到的资料是各测点各个时窗（测道）的瞬变感应电压，需换算成视电阻率、视深度等参数，以便对资料进行解释。处理步骤主要分为四步：

（1）滤波：在资料处理前首先要对采集到的数据进行滤波，消除噪声，对资料进行去伪存真；

（2）时深转换：瞬变电磁仪器在野外观测到的是二次场电位随时间的变化，为便于对资料的认识，需要将这些数据变换成电阻率随深度的变化，目前资料处理主要采用视纵向电导解释进行一维层状反演解释相结合进行；

（3）绘制电阻率曲线；

（4）绘制等视电阻率断面图。

2.2 资料解释

2.2.1 +1190上山巷

图1 探测视电阻率断面图

图2 探测视电阻率断面图

图1、图2中：B4煤层顶板30°方向探测视电阻率断面图，图中空白部分为瞬变探测盲区，图中蓝色-绿色-黄色-红色的颜色过渡代表视电阻率从低到高的变化。B4煤层底板45°方向探测视电阻率断面图，图中空白部分为瞬变探测盲区，蓝色-绿色-黄色-红色的颜色过渡代表视电阻率从低到高的变化。在超前方向的正前方和右偏45°各有一个规模相对较小的低阻异常。其他区域则无明显异常。

2.2.2 +1270东翼平巷

图3、图4中：+1270东翼平巷水平方向视电阻率断面图，图中空白部分为瞬变探测盲区，图中蓝色-绿色-黄色-红色的颜色过渡代表视电阻率从低到高的变化。+1270东翼平巷煤层顶板30°方向视电阻率断面图，图中空白部分为瞬变探测盲区，图中蓝色-绿色-黄色-红色的颜色过渡代表视电阻率从低到高的变化。其他区域则无明显异常。

图3 水平方向视电阻率断面图

图4 水平方向视电阻率断面图

2.2.3 +1270水平石门

+1270水平石门顺B4煤层方向视电阻率断面图，图中空白部分为瞬变探测盲区，图中蓝色-绿色-黄色-红色的颜色过渡代表视电阻率从低到高的变化。从图5上可以看出，没有大规模的低阻区域，推断富水性较弱。

图5 视电阻率断面图

图6 煤层顶板富水异常区位置图

3 勘探成果

根据对断面图的分析解释，对探测区域的低阻区域进行了综合分析，划分了探测区域的富水异常区域。

3.1 B4煤层顶板富水区

B4煤层顶板共划分富水区域两处，分别编号A1和A2，平面位置见图6。

3.2 B4煤层富水区

B4煤层共划分富水区域两处，分别编号B1和B2，平面位置见图7。

3.3 B4煤层底板富水区

B4煤层底板共划分富水区域四处，编号C1-C4，平面位置见图8。

图7 煤层富水异常区位置图

图8 煤层底板富水异常区位置图

4 结论

（1）经资料处理后，综合两个巷道的探测成果，结合地质资料及现场地质情况对富水区进行了分析。共划分富水异常区8处，两处位于B4煤层顶板；两处位于B4煤层；四处位于B4煤层底板。

（2）A1富水异常位于B4煤层顶板，标高为1 260m左右；A2富水异常标高为1 265m左右。B1富水异常位于B4煤层，标高为1 255m左右；B2富水异常标高为1 250m左右。C1富水异常位于B4煤层底板，标高为1245m左右；C2富水异常标高为1240m左右；C3和C4富水异常标高为1215m左右。

（3）瞬变电磁探测成果是通过对视电阻率值的相对高低划分的，对于某些低阻特性岩体如泥岩等呈现的低阻反应，会对异常区的划分造成一定的影响。建议对煤层底板C2异常区进行钻探超前探测验证工作，并根据探放水实际情况，更细致的分析含水体种类及更准确的圈定含水范围，以确定掘进头前方的含水情况。

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