瞬变电磁探测对邢台煤矿地质工作的意义分析

李超

（冀中能源股份有限公司 邢台矿，河北 邢台 054000）

0 引言

沿空留巷的工作面布置方法已经广泛应用于我国煤矿，在邢台矿、山西老母坡煤矿、山西荣泰煤业等均有良好的应用成果。该技术在很大程度上减少了掘进巷道的工程量、支护工作和工作面之间的煤柱损失，是一种无煤柱开采的形式。

在煤矿回采前，需要利用多种矿井物探方法对工作面进行采前立体超前探测，对工作面地质及水文地质情况进行探查。矿井物探方法填补了地面监测与评价精度难以保证、井下钻探监测危险性大的不足。瞬变电磁法具有定向性好、对水敏感、控制范围大、施工效率高等技术特点，对煤矿水文地质情况能够及时、准确的进行探测。通过不同时期瞬变电磁井下探测资料对比分析，在回采前、回采后工作面的不同探测结果，分析回采后工作面对于沿空留巷工作面水文地质的影响程度，为煤矿的安全回采提供良好的技术准备。

本文依托沿空留巷布置的25307 及25305 工作面，利用瞬变电磁探测方法的技术优势，分析其成果并进行施工布置，解析其对煤矿水文地质工作的意义。

1 瞬变电磁工作原理及解析方法

瞬变电磁法也称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），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磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。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。

瞬变电磁法在提高探测深度和在高阻地区寻找低阻地质体方面，是最灵敏的方法，具有自动消除主要噪声源，且无地形影响，同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强等优点。其探测含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等有较大优势。

2 现场施工

2.1 主要任务

运用井下瞬变电磁技术探测，采用沿空留巷方式布置25307 及25305 工作面内部及外帮60 m 水平范围内、底板下80 m 以浅垂向范围内含水异常体的分布情况。

2.2 地质及水文地质概况

邢台矿25307 和25305 工作面均为5 号煤综采工作面，工作面紧邻25305 工作面布置，采用沿空留巷方式并共用1 条运输巷，煤层埋深标高在-380—-500 m，煤层平均倾角10°。采掘工程平面示意如图1 所示。

图1 25305、25307 工作面采掘工程平面示意Fig.1 No.25305,25307 faces mining engineering plane

两工作面位于25300 采区中部左翼，该地区5号煤上距底砾266.23 ～313 m，上距2 号煤49.18 ～62.09 m，上距野青灰岩含水层18.5 ～20.99 m，下距伏青灰岩含水层25.87 ～32.3 m，下距大青灰岩含水层71.24 ～80.05 m，下距本溪灰岩含水层112.4 m，下距奥灰含水层125.9 m。该地区大青灰岩含水层富水性弱，水力联系差，并且裂隙不发育。但该地区奥灰含水层的单位涌水量为0.693 ～6.015 L/m·s，富水性很好。

2.3 瞬变电磁设计施工

瞬变电磁工作为河北煤炭科学研究院施工，采用加拿大GEONICS 公司的PROTEM CM 瞬变电磁仪。

瞬变电磁角度的设计是在考虑工作面底板下不同深度层位数据密度的情况下，同时满足《煤矿防治水细则》等规定的要求并便于现场施工。

仪器参数为：接收框、发射框间距10 m；发射频率25 Hz；发射框尺寸1 m×1 m，接收线框为1D 线框；积分时间15 s；数据采集采用30 门。

瞬变电磁的探测位置主要布设在25307 运料巷、25305 运输巷（沿空留巷） 和25305 运料巷。重点在25305 运输巷（沿空留巷） 位置。设计角度如下，测点间距10 m，如图2 所示。

25307 运料巷：探测角度为外帮-30°、-60°、-80°，水平0，里帮-30°、-50°、-70°，共7 个角度。

25305 运输巷（沿空留巷）：探测角度为右帮-70°、-40°、-15°、+10°， 左 帮-80°、-60°、-35°、-10°，共8 个角度。

25307 运料巷：探测角度为外帮-30°、-60°、-80°，水平0，里帮-30°、-50°、-70°，共7 个角度（图2）。

图2 瞬变电磁探测角度设计示意Fig.2 Transient electromagnetic detection angle design

2.4 现场工作环境记录

25305 运输巷（沿空留巷）：金属锚网支护，巷中道轨。里帮皮带、3 趟铁管距底板约1 m；外帮4 细3 粗电缆距底板约2 m。靠近切眼处有较多金属物堆积。

25307 运料巷：金属锚网支护，巷中道轨。里帮皮带、3 趟铁管距底板约1 m；外帮5 细4 粗电缆距底板约2.5 m。

25305 运料巷：金属锚网支护，巷中道轨，外帮7 细3 粗电缆距底板约2 m；里帮帮皮带、3 趟铁管距底板约1 m。

随着煤矿现代化进程的推进，煤矿井下巷道内影响瞬变电磁施工质量的因素亦随之增多。金属锚网、工字钢、皮带、掘进机、电力网络和电器设备等均对数据质量产生不同程度的影响。在满足相关规定的基础上，煤矿尽可能的为瞬变电磁的施工提供了良好的环境条件，保证数据质量。

3 探测成果

2 个工作面的瞬变电磁在最终成果上均没有圈定明显的相对低阻异常区，解释距离为150 m，盲区20 m。

沿空留巷位置的瞬变电磁成果如图3 所示。

图3 25305 运输巷（沿空留巷） 瞬变电磁成果Fig.3 Transient electromagnetic results map of transport roadway(gob-side entry retaining)in No.25305 Face

依据瞬变电磁探测成果，初步可以确定25305和25307 工作面均不存在较为明显的相对低阻异常区，具体分析仍要结合25307 运料巷和25305 运料巷的瞬变电磁成果。

4 结 论

（1） 沿空留巷的布设方式不仅可以减少矿方施工巷道的的工作量，同样对于瞬变电磁的工程施工有很大的便利性。

（2） 瞬变电磁在沿空留巷位置布设探测角度时，需要依据工作面的实际情况分别向2 个工作面设计不同的探测角度，以满足探测要求。

（3） 既然沿空留巷的瞬变电磁施工一次即对2 个共工作面完成探测，其施工的时间宜在2 个工作面均成型后。因为如果下一工作面的形成时间相较于本工作面过长，或是等到本工作面采掘接近完成后再施工，那么其探测结果在分析下一工作面时就会存在争议，甚至误导。

（4） 此次瞬变电磁探测没有圈定水文地质异常区，排除了对工作面生产存在威胁的含水区域。