矿井瞬变电磁法探测上层采空区积水的应用实践

李鹏举

（同煤集团忻州窑矿，山西 大同 037000）

大同煤业股份有限责任公司忻州窑煤矿开采历史悠久，1918年即已以土法开采3号煤层，目前矿井核定生产能力为230×104t/a，主要开采煤层为14-3号煤层东二盘区、东三盘区，开拓煤层为14-3号煤层西一盘区、14-2号煤层西二盘区。

1 工作面地质概况及水患分析

1.1 工作面地质概况

14-3号煤层东二盘区8310工作面可采走向长858.5m，倾向长130.8m，工作面对应地面位置为忻州窑矿原北山住宅区（已搬迁），煤层埋藏深度330～355m左右。工作面位于忻州窑井田向斜东部，煤层结构简单，煤层厚度最小3.6m，最大7.4m，平均5.18m，局部赋存1～2层夹石，厚0.1～0.3m，煤层倾角1～6°，平均2°。

1.2 工作面水患分析

14-3号煤层东二盘区8310工作面水文地质条件中等，煤岩层微含水，预计工作面在掘进过程中局部顶板有滴水及淋水现象，在巷道低洼处形成积水。8310工作面煤层之上25m左右为12号煤层采空区（局部可采），煤层之上45～60m左右为11-2号煤层采空区，预计采空区内有大量积水。

2 TEM法在积水采空区探查中的应用

2.1 工作方法

2.1.1 根据现场条件和探测目的探测布置

14-3号煤层东二盘区8310顺槽巷10#测点前14m处迎头采用图1方式进行瞬变电磁探测，布置测线3条，每条测线13个物理点，总计39个物理点。每个物理点测3个方向，分别是顶板斜上30°、顺层0°、底板斜下30°方向，探测迎头正前方及顶底板富水情况。通过在探测点移动发射接收线圈，形成3 条超前探测的实测剖面。

2.1.2 施工技术措施

矿井瞬变电磁法勘探装置类型采用重叠回线组合装置，边长2m的激发和接收正方形线圈，激发线圈匝数l0匝，接收线圈匝数20匝。每个测点至少采用32次叠加方式提高信噪比，确保了原始数据的可靠性。

2.2 资料分析与地质效果

本次瞬变电磁探测数据处理采用YCS40(A)型矿井瞬变电磁仪配套的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。

经上述数据处理过程，获得巷道前方顶板瞬变电磁剖面结果，图中不同的颜色代表不同的视电阻率值，颜色由浅到深说明阻值从大变小的趋势。由于受迎头现场环境的限制，从视电阻率剖面图中仅可以初步判定探测区域内探测方向上100m左右范围内电性变化的情况，探测结果如图2所示。

图1 瞬变电磁施工布置示意图

图2 探测结果图

探测结果具体分析如下：

在巷道顶板30～90°方向，60～100m有明显低阻异常区，视电阻率相对偏低，推测为上层11-2号煤层采空区有积水存在。经钻探验证上覆11-2号煤层东一盘区8101采空区内存在采空区积水，其钻探验证如图3所示。

3 结论

本次通过大同煤业股份有限责任公司忻州窑矿的生产实践，进一步验证瞬变电磁法物探对地质低阻体的良好响应特征。并研究通过井下瞬变电磁法物探寻找确定上覆采空区积水位置的可行性，且经钻孔验证上覆采空范围位置准确可靠，取得良好实际应用效果。通过物探探测，钻孔验证的实际探测实例证明，矿井瞬变电磁法对上覆煤矿采空区积水探测，是一种可靠有效的探测方法。矿井瞬变电磁法凭借其对低阻反应敏感，方向性强，体积效应小、便于施工、工作效率高和成本低等优点，在探测煤矿采空区积水、含(导)水地质构造、充水钻孔等方面取得了很好的应用效果。随着瞬变电磁法应用研究准确性的不断提高，瞬变电磁法在探测煤矿采空区积水、含(导)水地质构造、充水钻孔等含水地质构造的应用前景十分广阔，对煤矿矿井突水防治及安全生产具有重要的意义。

图3 钻孔验证示意图