孔中瞬变电磁剖面探测技术在漳村矿的应用

文/唐平 徐冠男

本次探查目的是充分探查迎头前方的可能存在的低阻异常区及导水构造，拟利用现有探放水钻孔实施巷孔瞬变电磁探测扇面超前探测及孔中瞬变电磁剖面探测，通过综合地质分析推断破碎带等导含水构造的位置及范围，保证6煤西翼辅运大巷的安全掘进。

1 基本原理

巷-孔瞬变电磁法的基本原理与瞬变电磁剖面法一致，区别在于施工方式和资料解释手段不同。

孔中瞬变电磁剖面探测是将发射线框与接收探头一同送入钻孔中，逐点进行三分量测量，通过顺钻孔方向的垂直分量Z的二次场分析钻孔周围可能存在的低阻异常区，通过垂直于钻孔且相互正交的两组水平分量X、Y（X分量垂直于孔向右，Y分量垂直于孔向下）的二次场分析异常相对于钻孔的空间方位，最终形成以钻孔为中心，径向一定距离范围内的圆柱形探测区域。

2 仪器设备

本次试验设备，包括YCS2000A瞬变电磁仪1台，多路发射机1台，孔中接收探头3根，发射线框4个，推送杆100根。

其中YCS2000A瞬变电磁仪负责数据交互与存储记录，多路发射机负责提供4路发射电流，孔中接收探头负责在钻孔内进行三分量瞬变信号测量。目前孔中探头有φ40mm、φ50mm和φ55mm等多种型号，适用于不同的钻孔探测，该套仪器适用于井下含瓦斯、煤尘爆炸危险环境，同时多路发射机提供相当于12A、40匝的激发能量，可以大大提高信号质量和探测范围

3 施工设计

图1：孔中瞬变电磁剖面探测示意图

图2：巷-孔瞬变电磁扇面超前探测示意图

根据先期物探探测结果与钻探结果，拟设计三个钻孔进行钻孔瞬变电磁探测，分别覆盖迎头前方的左侧、右侧和下方，施工设计图如图1、图2所示，其中图1位孔中瞬变电磁剖面探测施工设计图，图2位巷-孔瞬变电磁扇面超前探测施工设计图。

图1中红色、蓝色、绿色线框圈定的范围，分别为F2-5、F2-7和F2-18号孔的剖面探测覆盖范围，孔中瞬变电磁剖面探测的覆盖范围是以钻孔为轴心，径向距离约25m左右的圆柱体，其在CAD图中的水平投影范围是以钻孔为中心，半径约为25m的矩形区域。从图中可以看出，孔中瞬变电磁剖面探测范围较好的覆盖裂隙破碎带，并在垂向上有约50m的覆盖范围，能较好的覆盖迎头前方的目标测区。

图2中红色、蓝色、绿色扇形圈定的范围，分别为F2-5、F2-7和F2-18号孔的扇面探测覆盖范围，拟在每一钻孔中的三个深度进行扇形扫面，三组扇形的探测区域的重叠部分，即为裂隙破碎带的范围。根据现场情况，施工钻孔中均下有12-16m的套管，为了避免强金属干扰，巷-孔瞬变电磁扇面超前探测拟选择施工钻孔深度为15m与25m。

4 巷-孔瞬变电磁剖面探测成果分析

4.1 1号孔处理结果

本次巷-孔瞬变电磁径向探测预报钻孔旁侧半径25m-30m左右的低阻异常区，施工钻孔为1号岩孔，共计采集测点28个，测点间距3m，施工测线从孔深12m至孔底93m。1号孔Z分量拟电阻率成果图如图3所示，从图中可以看出，测区内视电阻率曲线分布均匀，没有明显的异常区，分析认为钻孔径向30m没有明显的低阻异常区。

4.2 2号孔处理结果

2号孔由于塌孔问题，共计采集测点15个，测点间距2m，施工测线从孔深0m至28m。2号孔Z分量拟电阻率成果图如图4所示，从图中可以看出，测区内没有明显的低阻异常区，视电阻率相对变化不大，在孔深22m—26m有一处相对较弱的低阻异常，标记为①号异常。根据施工现场情况分析，探头在推送至孔内28米处遇见塌孔，表明该段煤层和围岩相对破碎，鉴于异常相对较弱，推测可能为围岩破碎引起的视电阻率变化的反应。

4.3 3号孔处理结果

3号孔共计采集测点52个，测点间距2m，施工测线从孔深0m至102m。3号孔Z分量拟电阻率成果图如图5所示，从图中可以看出，测区内有两处较为明显弱低阻区，分别为孔深2m-6m处的①号异常和孔深82m—94m处的②号异常，鉴于①号异常主要是由于3号点（4m）原始数据突然抬升所致，综合分析可能为干扰所致的假异常，因此3号孔周围主要异常为②号异常。

基于3号孔Z分量处理结果，为了分析②号异常相对于钻孔的方位，需要进行水平分量解释。孔中瞬变电磁剖面探测水平分量解释，主要是根据垂直正交于钻孔的两组水平分量X、Y分量的幅值变化，判断异常中心方位角。

3号孔水平分量在②号异常区段（82m—96m）的纯异常响应曲线，X分量呈现先正后负的“反S”形态，Y分量呈现先负后正的“S”形态，根据水平分量响应曲线分布图可以看出，当X分量为“反S”形态，Y分量为“S”形态时，异常位于第二象限，即钻孔左下方，进一步计算方位角度得知，异常中心位置的方位角为115.6°。

5 结论

（1）1号孔径向25m左右没有明显的低阻区，2号孔在孔深22—26m的低阻异常区推测为围岩破碎引起的视电阻率变化，3号孔在孔深82m—96m附近的低阻异常区，是本次三个钻孔探测成果中的主要异常。

图3：1号孔Z分量处理成果

图4：2号孔Z分量处理成果

图5：3号孔Z分量处理成果

（2）通过水平分量分析，3号孔测区中的②号异常位于钻孔左下方，孔深方向延伸规模约14m，该规模相比目标陷落柱的规模较小，推测为煤层底板裂隙水的可能性较大。

（3）与其他物探方法相比，孔中瞬变电磁法施工方便、快捷、效率高、方向性好、对含水体反应敏感，在实际应用中收到了很好的效果。对煤系地层应该加强基础研究，提高瞬变电磁法资料解释的准确性，做好煤矿突水事故的预防预报工作。