瞬变电磁勘探在迎头超前探测中的应用

◎王则行 梁树民

一、地质概况与任务

1.地质概况。

（1）工作面概况。

地表位置：

工作面地表位于晓南矿工业广场西北部；采动影响范围内有一条季节性河流、一条高压线（隆南1#60KV）、三条通讯线路、三个积水区（Ⅱ区水量约为：48万m3，Ⅴ区积水量约为：21万 m3，VI区水量约为：22万m3）。及景荒地新址和刘景荒地村部分住宅，其余为平坦耕地。地表标高为60.57～68.00m。

井下位置：

工作面位于北一采区西部。南以北一15层中巷保护煤柱为界与南翼采区相邻；北部与北二采区相邻；东部为北一1503工作面尚未开拓）；西以F2断层为界与大兴井田相邻。工作面运顺长1216m，回顺长1212m，开切眼长210m。面积230551㎡。

工作面坐标：X：4694396～

Y：41549490～

Z：-569～-605m。

（2）水文地质情况。

工作面顶板的砂砾岩层为阜新组承压含水层，富水性弱，采用邻近632号孔抽水资料：K=0.000179m/d，q=0.00536L/m。s。该区域顶板裂隙发育，邻近工作面掘进过程中有滴、淋水和瓦斯涌出现象。工作面上部为N1-1401采空区（形成时间为：2015年11月～2016年08月）和七层采空区（形成时间为：1997年02月～2003年07月）。截止2018年7月预计积水量约为32960m3。

2.探测任务。

本次采用井下瞬变电磁法来探测N1-1502回顺工作面前进方向顶板及上部N1-1401采空区富水情况。主要探测任务为：

（一）查明勘探范围内N1-1502工作面周边区域岩层的富水性。

（二）初步判断N1-1401采空区积水线位置。

二、瞬变电磁法简介

瞬变电磁法或称时间域电磁法（Timedomainelectromagneticmethods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。其基本工作方法是：于地面或井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。

三、现场施工布置及探测条件

1.现场施工布置。

井下探测工作步骤：前期资料收集——明确探测任务——方案设计——施工——数据处理——成果图初步分析——结合矿井地质及水文地质资料进行综合评价——提供应用报告。

根据勘探目的及任务，并结合现场环境及地质资料，井下瞬变电磁探测施工共布置3条测线，探测距离为110m，下次探测位置据本次探测位置90m，安全距离留20m，以此循环，直至工作面掘进结束。预计N1-1502工作面掘进期间共探测19处。

2.现场探测条件。

探测地点在晓南矿N1-1502回顺工作面中进行，探测条件如下：

（1）供电情况：施工地点存在多组供电电缆，无法停电，对探测深度及分辨率造成影响。

（2）支护情况：锚杆网支护，造成背景场不同，并对结果分辨率造成影响。

（3）巷道底板有铁器堆放，造成对应位置前部存在干扰假异常。

（4）探测方向后部铺设的排水管路均会造成对应位置前部存在干扰假异常。

（5）探测方向后方停留掘进机无法退出足够距离，会造成对应位置前部存在干扰假异常。

四、数据处理与结果解释

1.数据处理。

YCS512矿用本安型探水仪采集的原始数据为电压对电流的对数值。将数据室内回放，原始数据打开后呈现两部分曲线，纵坐标表示某个测点的实测V/I值，从上到下依次为 1~80道，0、E-1、……、E-6 分别表示值为 0、0.1、……、1000000，以对数方式显示，单位为“微伏/安培”；横坐标表示该记录的若干个测点记录，即实际采集了多少个采样点；“x=**”表示第几个测点记录“，y=**”表示该测点的实测V/I值。下半部分的曲线为选中曲线测道显示，其中“x=**”表示上半部分x表示测点的测道显示。

软件处理主要流程为：数据上传—格式转换—数据滤波处理—计算晚期视电阻率—时深转换—结果成图。

2.处理结果。

经过YCS512矿用本安型探水仪配套软件处理后形成的视电阻率等值线图。通过对视电阻率低值区域的确定，从而确定出低阻异常区，图中由深蓝色→浅蓝色→绿色→黄色→红色过度，代表视电阻率值增大方向，一般将蓝色、浅蓝区域划分为低阻异常区。本次处理得到各个视电阻率等值线剖面图中将6？·m以内的区域（蓝色、浅蓝色区域）定义为低阻异常区。

五、建议

1.施工过程中现场条件无法规范化，可能出现干扰假异常。

2.掘进过程中如遇顶板滴淋水增大、煤壁潮湿等异常情况需施工超前探孔。

3.建议对本次物探结果进行钻探验证，结合物探与钻探结果综合分析，为巷道的安全掘进提供有效技术依据。

4.本报告中未尽事宜请遵照《煤矿安全规程》和《煤矿防治水细则》执行。