瞬變電磁物探技術在礦井水害防治中的應用

范有達

（漳平市箭竹坪礦業投資有限責任公司 福建龍巖 364403）

為保證礦井安全生產，提高礦井水害防治工作的技術水平，箭竹坪煤礦采用瞬變電磁物探技術對箭竹坪井下+120 m（31）S 運巷和+150 m（31）運巷2 處進行探測，查明上部采空區積水情況，并對上部采空區排查進行驗證，通過對比驗證，認為瞬變電磁物探技術在礦井水害防治中具有重要的作用，為水害防治提供可靠的技術保障。

1 礦區充水因素

箭竹坪煤礦水文地質類型中等，屬構造侵蝕—剝蝕型中低山區地貌單元，地形切割強烈，溝谷兩邊坡度較陡，溝谷坡降大，大氣降水自然順坡沿地表低洼處逕流條件好，排水通暢。地表水系屬九龍江流域漳平拱橋溪水系王坑溪上游支流，區內無大的地表水體。主要含水地層有第四系（Q）、基巖風化帶、早侏羅世下村組（J1x）、早三疊世溪口組（T1x）、翠屏山組（P3cp）、童子巖組第三段（P2t3）和第一段（P2t1）、棲霞組（P2q）、天瓦崠組（D3t）、火成巖等；主要隔水巖組有童子巖組第二段（P1t2）、文筆山組（P1w）受到F0斷層的影響，導致礦區深部F1斷層以西局部地段隔水巖組文筆山組和童子巖組第二段地層斷失或變薄，造成棲霞組灰巖與童子巖組地層直接接觸或接近，構成對煤層開采有危害性的充水邊界，成為煤層開采時的直接或間接充水含水巖組。

2 探測區地球物探特征

2.1 一采區+120 m（31）S 運巷地球物探特征

一采區+120 m（31）S 運巷探測區位于一采區+120 m 區段，該區域總體地質構造屬單斜構造，上部為+150 m（31）S 運巷，上部無采空區，無老空水；巷道位于童子巖組第一段地層，主要由砂質泥巖、泥質砂巖、泥巖、細砂巖及煤構成，31 煤層頂板為砂質泥巖，底板為砂質泥巖或細砂巖。通過對工作面地球物理特征分析認為31 煤層頂、底板均為大面積、連續分布的高電阻區域。高阻區域不容易形成相對高阻“團塊”或“孤島”，電磁曲線呈現高阻特征。而電磁波遇積水區時呈現低阻區，電磁曲線呈現低阻特征，這樣能夠通過電磁曲線電阻值的高低區分積水區和非積水區，并通過積水區范圍測算積水量等參數。

2.2 一采區+150 m（31）運巷地球物探特征

一采區+150 m（31）運巷探測區位于一采區+150 m 區段，該區域總體地質構造屬單斜構造，上部無采空區，無老空水；巷道位于童子巖組第一段地層，主要由砂質泥巖、泥質砂巖、泥巖、細砂巖及煤構成，31 煤層頂板為砂質泥巖，底板為細砂巖。通過對工作面地球物理特征分析認為31 煤層頂、底板均為大面積、連續分布的高電阻區域，高阻區域地球物理探測特征及參數與前者一致。

根據現場實際和試驗的巖層電性測試實驗與地質資料對照，確定地球物理參數，見表1。

3 瞬變電磁物探原理與布置

3.1 工作原理

瞬變電磁法簡稱TEM，它是利用不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。簡單地說，瞬變電磁法的基本原理就是電磁感應定律。通常于地面或空中設置通以一定波形電流的發射線圈，從而在其周圍空間產生一次電磁場，并在地下導電巖礦體中產生感應電流，斷電后，感應電流由于熱損耗而隨時間衰減。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規律，可得到不同深度的地電特征。

3.2 測線布置

根據現場實際情況，分別在一采區+120 m（31）S 運巷及一采區+150 m（31）運巷2 個探測場均進行現場數據采集，本次瞬變電磁探測共布置2 個物理測線，分別為仰角45°、仰角15°，其中一采區+120 m（31）S 運巷每條測線布置5 個測點，每個測點間距為5 m。1# 測點布置在采面行人眼口處，其他測點沿著行人眼口往北間隔5 m 布置，本次瞬變電磁共探測10 個物探測點；一采區+150 m（31）運巷每條測線布置5 個測點，每個測點間距為5 m。1# 測點布置在采面行人眼口處，其他測點沿著行人眼口往南間隔5 m 布置，本次瞬變電磁共探測10 個物探測點。

4 物探曲線解釋

4.1 一采區+120 m（31）S 運巷物探區物探曲線解釋

本次物探一采區+120 m（31）S 運巷物探區通過對本礦各測線測點及單測點各測道視電阻率值進行統計平均、方差分析，并結合以往工作經驗定義0～35 Ω·m 為低阻區，35～85 Ω·m為過渡區，85～120 Ω·m 為高阻區，資料解釋成果主要分析低阻區；最后綜合現場條件、水文地質條件、物探資料綜合分析解釋異常區。

對圖1 和圖2 分析，可以看出工作面除靠下部0～10 m 高度內視電阻率值偏底，靠上部10～100 m 高度均未發現有可疑區域，認為下部0～10 m 高度出現視電阻率值偏底原因主要為物探布點位置下部存在水溝水的影響。

圖1 +120 m（31）S 運巷仰角45°物探成果圖

圖2 +120 m（31）S 運巷仰角15°物探成果圖

綜上所述，通過瞬變電磁物探認為一采區+120 m（31）S 運巷上部不存在積水區。

通過電阻率曲線圖分析判斷并根據現場排查驗證，通過對比驗證，瞬變電磁物探技術能夠較為準確地測定積水區。

4.2 一采區+150 m（31）運巷物探區物探曲線解釋

本次物探一采區+150 m（31）運巷物探區通過對本礦各測線測點及單測點各測道視電阻率值進行統計平均、方差分析并結合以往工作經驗定義0～30 Ω·m 為低阻區，30～80 Ω·m為過渡區，80～130 Ω·m 為高阻區，資料解釋成果主要分析低阻區；最后綜合現場條件、水文地質條件、物探資料綜合分析解釋異常區。對圖3 和圖4 分析，可以看出工作面除靠下部0～10 m 高度內視電阻率值偏底，靠上部10～100 m 高度均未發現有可疑區域，通過分析，認為下部0～10 m 高度出現視電阻率值偏底原因主要為物探布點位置下部存在水溝水的影響。

圖3 +150 m（31）運巷仰角45°物探成果圖

圖4 +150 m（31）運巷仰角15°物探成果圖

綜上所述，通過瞬變電磁物探認為一采區+150 m（31）運巷上部不存在積水區。

通過電阻率曲線圖分析判斷并根據現場排查驗證，通過對比驗證，瞬變電磁物探技術能夠較為準確地測定積水區。

5 總結與經驗

（1）現場探測條件選擇上，要盡量避開水溝側及水溝中有水流動迎頭區域，盡量避開存在U 型鋼架支護材料區域，以及工作面頂板有淋水現象區域。

（2）在數據資料出現異常時，必須人工解釋與計算機解釋相結合。以人工解釋為基礎，計算機為工具，由粗到細逐步進行。通過對主干剖面的解釋，確定所對應的地質層位，勾繪地層總體賦存形態以及構造格局，為后期人機聯作精細解釋打下基礎。

（3）在數據資料出現異常時，必須垂直斷面與水平/順層切片解釋相結合。如果把已知鉆孔、斷層、煤層和其它特征層的地質信息附加其上，即可構成綜合推斷解釋成果的斷面圖。水平切片原則上可以提供任意深度的水平/順層切片，擬視電阻率平面等值線異常圖是資料分析和成果表現的主要圖件。

（4）在數據資料出現異常時，必須電性解釋與地質信息相結合。物探異常具有相對性與多解性，需要結合已知的地質信息，按從已知到未知，從點到線，由線到面，由淺入深的原則進行綜合分析，以提高成果的可靠性和精度。

6 結論

（1）通過瞬變電磁探測及曲線分析，筆者認為一采+120 m（31）S 運巷上部無采空區積水?？肯虏砍霈F視電阻率呈低阻異常特征，主要是受到下部+120 m（31）S 運巷水溝水的影響。

（2）通過現場調查，一采+120 m（31）S 運巷上部無采空區積水，與對瞬變電磁探測結果進行了對比驗證，表明物探推測結果基本符合實際情況。

（3）瞬變電磁探測技術具體較好的探測效果，為水害防治提供可靠的技術保障。