瞬变电磁仪在赵庄煤业3305工作面的应用

王永生

（山西晋城煤业集团 赵庄煤业地质测量部，046605）

0 引言

煤矿水害是与瓦斯突出、粉尘爆炸、顶板冒裂、火灾等并列的五大灾害之一，受水威胁的煤炭储量占探明储量的27%，其严重程度仅次于瓦斯列第二。而顶底板砂岩裂隙水是华北型煤田最主要的煤矿突（透）水水害类型之一。

赵庄矿主采煤层3号煤层的直接充水含水层为砂岩裂隙含水层，其富水性极不均一，井下巷道掘进及回采表明，砂岩裂隙水出水水量大小不均，水量小时仅为每小时几个立方米，水量大时可达每小时数百立方米。由于富水性的不确定性，给井下防治水工作带来难度，使巷道掘进及工作面的回采造成威胁。由于目前矿区砂岩裂隙水的富水程度及其裂隙导通水性能需进一步详细分析与研究，以便减少和消除砂岩水对矿井安全生产造成威胁，故开展赵庄煤矿工作面顶底板赋水性探测与研究课题，总结出工作面3#煤层出水特征及影响涌水的主要因素，对3305工作面煤层顶底板赋水性进行探测与评价等研究，提出水害的综合防治措施，为赵庄矿3#煤层的安全高效开采提供地质保障系统资料。

1 物探方法简介

1.1 矿井瞬变电磁法

瞬变电磁法或称时间域电磁法（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。

1.2 直流电法

矿井直流电法属全空间电法勘探。它以岩石的电性差异为基础，与地面电法不同，在全空间条件下建场，在地下巷道中进行电法测量工作，地下电流通过布置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定电场，该稳定电场特征取决于巷道周围岩石的电性特征及其赋存状态，测量该电场的变化规律，使用全空间电场理论处理和解释，就可找到巷道周围岩石中引起电场变化的水文、地质构造等规律。

2 探测方案

对赵庄矿33051巷道、33052巷道及探巷进行了第一轮探测，线圈布置在针对巷道底板、顶板、45°方向和60°方向，探测方向为线圈法向。探测方向示意图如图1所示。

图1 巷道探测方向示意图

33051巷道和33052巷道及探巷瞬变电磁探测总体布置方案路线如图2所示。

本次瞬变电磁法探测选用发射电流为1A，频率25Hz，发射线圈2×2m×64匝，接收线直径0.6m。偶极观测系统，接收线与发射线圈的间距20m，探测段为33051巷道1770m和33052巷道1140m以及探巷260m共三段，测线总长为3170m。发射线框和接收线框分别为匝数不等、且完全分离的两个独立线框，以便与煤层顶板含水异常体产生最佳耦合响应。为探测含水构造的发育情况，实际测量时将测量装置布置在巷道靠近煤帮，测点分别布置在巷道侧帮，沿巷道逐点进行探测，测线布置长度为3170m，完成探测317个物理点，采集数据约317×4＝1268组。最后对整个探测结果进行资料处理、分析和解释。

图2 巷道瞬变电磁探测方案布置图

3 3305工作面底板探测成果及其分析

探测成果如图3，其中，蓝色（浅色）到红色（深色），代表视电阻率值由小到大变化，由图可得出结论如下：

①由于赋水地质体及泥质含量较高的岩体，其视电阻率表现为低阻反射区，而不含水的砂岩、煤层、灰岩等则表现为视电阻率高阻反射。图中深色线表示视电阻率值低于3的等值线，一般认为主要是富水区或较湿的岩体的反映。浅色线表示视电阻率值为5的等值线，据以往的经验，一般认为是泥质成份含量较高的泥岩或较湿的岩体反射区。总体上，从3305工作面上下顺槽探测成果看，未发现较大的视电阻率低阻异常区，局部有低阻反射现象。

②在小断裂发育的部位，岩体相对富水，具体富水部位参考成果图中的深色等值线所圈定的浅色区域。

4 3305工作面顶板探测成果及其分析

3305工作面顶板探测成果图见4。

图3 3305工作面底板矿井瞬变电磁探测视电阻率分布图

图4 3305工作面顶板矿井瞬变电磁探测视电阻率分布图

由探测成果，可得出如下结论：

①由图可见，相对赋水部位主要集中在小断裂发育部位以及向斜构造轴部附近。

②从总体上看，工作面顶板没有较大的富水体，但局部出现视电阻率较低的异常区，具体见顶板探测成果图。

5 措施

针对本次探测研究成果，在3305工作面顶板虽然大部分不存在较大的砂岩裂隙水水体，但在井下探测施工时，局部还是存在有少量的顶板砂岩水。为了更好地对成果进行校正及验证，以便取得更加适合于本井田瞬变电磁探测的相关数据，防治顶板水害的发生，根据瞬变电磁探测成果，建议进行局部的探放水工作。

6 结论

通过数据采集取得了以下几方面的地质成果：

①从总体上看，3305工作面顶板没有较大的富水体，但局部出现视电阻率较低的异常区。

②从工作面上下顺槽探测成果看，未发现较大的视电阻率低阻异常区，局部有低阻反射现象。

③相对赋水部位主要集中在小断裂发育部位以及向斜构造轴部附近。