瞬變電磁法物探技術(shù)在吉安煤業(yè)的應(yīng)用

1、    瞬變電磁法物探技術(shù)在吉安煤業(yè)的應(yīng)用    孫偉利摘要：吉安煤業(yè)由耀南、耀東、耀北和中豐煤業(yè)4處礦井和新增區(qū)資源整合而成。兼并重組前原礦井均開采3號(hào)煤層，大面積被開采，地面通過物探得知存在9個(gè)老空積水區(qū)約209300m3和7個(gè)物探低阻異常區(qū)，在生產(chǎn)建設(shè)過程中科學(xué)合理地探測老空水準(zhǔn)確積聚位置任務(wù)繁重。通過瞬變電磁法對(duì)受水威脅掘進(jìn)巷道進(jìn)行超前探查，根據(jù)物探技術(shù)成果再施工探查鉆孔，對(duì)水害可能出現(xiàn)的位置作出定性或定量的評(píng)估判斷，然后采取有效防治水措施進(jìn)行治理，從而實(shí)現(xiàn)安全掘進(jìn)的目的。關(guān)鍵詞：老空水 電法 探查 治理1 概況山西長治郊區(qū)三元南耀吉安煤業(yè)有限公

2、司是由山西三元煤業(yè)股份有限公司（51%）控股，長治市郊區(qū)西白兔鄉(xiāng)南村村民委員會(huì)（49%）參股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀東、中豐煤業(yè)四座煤礦重組整合而成，礦井建設(shè)規(guī)模60萬噸/年，井田面積1.9707km2，現(xiàn)主要開采煤層3號(hào)煤。井田內(nèi)3號(hào)煤層底板最低標(biāo)高750m，井田內(nèi)奧灰水位為639-641m。奧灰水對(duì)井田3號(hào)煤層的開采無影響。兼并重組前原礦井均開采3號(hào)煤層，大面積被開采，老空積水分布較廣，原老礦均無可靠的水文地質(zhì)資料，在掘進(jìn)期間老空水嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)。瞬變電磁法或稱時(shí)間域電磁法（time domain electromagnetic methods），簡稱tem，它是利用不接地回線或

3、接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不接地線圈觀測二次渦流場的方法。勘探深度一般在120m左右，對(duì)突出危險(xiǎn)性和災(zāi)害可能出現(xiàn)的位置作出定性或定量的評(píng)估判斷后，采取有效防治水措施，從而實(shí)現(xiàn)安全掘進(jìn)和回采的目的。2 工作原理井下設(shè)置通以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產(chǎn)生一次磁場，并在地下導(dǎo)電巖（礦）體中產(chǎn)生感應(yīng)電流。斷電后，感應(yīng)電流由于熱損耗而隨時(shí)間衰減。衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當(dāng)于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度??；而晚期成分則相當(dāng)于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個(gè)時(shí)間段的二次場隨時(shí)間變化規(guī)律，可得到不同深度的

4、地電特征。瞬變電磁法探測儀器為福州華虹智能科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的ycs40（a）型礦用瞬變電磁儀。該儀器具有抗干擾、輕便、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集由微機(jī)控制，自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)，與微機(jī)連接可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回放。根據(jù)本次探查任務(wù)的要求和巷道條件的實(shí)際情況，采用2m×2m的多匝數(shù)矩形回線裝置進(jìn)行測量。根據(jù)勘探任務(wù)要求，采用多匝數(shù)線框，將線框直立于巷道。發(fā)射線框和接收線框?yàn)樵褦?shù)不等，且發(fā)射線框和接收線框?yàn)橐惑w的線框，以便于井下復(fù)雜的工作條件。主要技術(shù)參數(shù)如表1：3 瞬變電磁法工程實(shí)例3.1 測點(diǎn)布置 利用瞬變電磁法探測3102工作面運(yùn)輸順槽前方是否存在老空積水。首先在3號(hào)煤皮帶運(yùn)輸大巷，采用偏移

5、排列測線布置，以b6導(dǎo)線點(diǎn)為中，向左側(cè)延伸30m，右側(cè)延伸40m，對(duì)巷道頂板15度和順層方向進(jìn)行探測；具體見測點(diǎn)布置及施工方案示意于圖1和圖2。圖1 瞬變電磁法探測測點(diǎn)布置及施工示意圖圖2 探測區(qū)域位置示意圖3.2 物探成果 圖3、圖4為吉安煤業(yè)3102運(yùn)輸順槽測深探測視電阻率等值線擬斷面圖，圖中皮帶大巷30m處為3102運(yùn)輸順槽開口位置，橫向表示探測水平距離，縱向表示探測深度。根據(jù)上圖分析，3102運(yùn)輸順槽掘進(jìn)前方60-95m范圍內(nèi)存在局部高阻異常區(qū)，阻值相對(duì)較高，推測可能為前方破碎帶，賦水可能性較?。辉?102運(yùn)輸順槽掘進(jìn)方向左右兩側(cè)10m外，阻值較低，存在賦水的可能性。根據(jù)瞬變電磁法物探

6、成果，在3102工作面運(yùn)輸順槽掘進(jìn)方向兩側(cè)低阻區(qū)域進(jìn)行了重點(diǎn)布設(shè)鉆孔，對(duì)高阻正常區(qū)域也進(jìn)行了少量布孔檢查，全面共設(shè)計(jì)施工8孔/480m進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，經(jīng)鉆探驗(yàn)證掘進(jìn)方向前方高阻異常區(qū)為受周邊采空區(qū)影響頂板破碎帶，掘進(jìn)方向左右兩側(cè)10m外，低阻異常區(qū)有少量老空積水，放水約120m3。鉆探結(jié)果與瞬變電磁法探測的結(jié)果基本一致，保證了此條巷道安全掘進(jìn)。4 結(jié)束語通過運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，對(duì)井田內(nèi)所有掘進(jìn)工作面進(jìn)行超前探測，超前預(yù)測預(yù)報(bào)，對(duì)掘進(jìn)工作面的水文地質(zhì)條件進(jìn)行探查，提前制定防治水措施，保證了安全生產(chǎn)。在未使用該物探技術(shù)前，掘進(jìn)巷道每次超前探查都需要施工810個(gè)鉆孔，因?qū)蜻M(jìn)前方的水文地質(zhì)條件不清楚，設(shè)計(jì)鉆

7、孔時(shí)沒有針對(duì)性，造成鉆探進(jìn)尺增加，影響了掘進(jìn)效率。運(yùn)用物探技術(shù)后，能有的放矢的設(shè)計(jì)鉆孔，針對(duì)物探中的異常塊段進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，減少了鉆探進(jìn)尺，提高了工作效率。通過20122013年的實(shí)際驗(yàn)證，節(jié)省資金24萬元，提高掘進(jìn)單頭進(jìn)尺20%。瞬變電磁法物探與鉆探相結(jié)合的探查技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上可行、安全上更可靠，在今后的巷道掘進(jìn)中可以得到廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：1潘友忠.瞬變電磁法在礦井巷道掘進(jìn)前方富水性探測中的應(yīng)用j.安徽地質(zhì)，2010，20（2）：126-128.2李乃民，李東徽.電磁法探測深度概述j.能源研究與管理， 2012（01）.3薛國強(qiáng).論瞬變電磁測深法的探測深度j.石油地球物理勘探，20

8、04（05）.endprint摘要：吉安煤業(yè)由耀南、耀東、耀北和中豐煤業(yè)4處礦井和新增區(qū)資源整合而成。兼并重組前原礦井均開采3號(hào)煤層，大面積被開采，地面通過物探得知存在9個(gè)老空積水區(qū)約209300m3和7個(gè)物探低阻異常區(qū)，在生產(chǎn)建設(shè)過程中科學(xué)合理地探測老空水準(zhǔn)確積聚位置任務(wù)繁重。通過瞬變電磁法對(duì)受水威脅掘進(jìn)巷道進(jìn)行超前探查，根據(jù)物探技術(shù)成果再施工探查鉆孔，對(duì)水害可能出現(xiàn)的位置作出定性或定量的評(píng)估判斷，然后采取有效防治水措施進(jìn)行治理，從而實(shí)現(xiàn)安全掘進(jìn)的目的。關(guān)鍵詞：老空水 電法 探查 治理1 概況山西長治郊區(qū)三元南耀吉安煤業(yè)有限公司是由山西三元煤業(yè)股份有限公司（51%）控股，長治市郊區(qū)西白兔鄉(xiāng)南

9、村村民委員會(huì)（49%）參股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀東、中豐煤業(yè)四座煤礦重組整合而成，礦井建設(shè)規(guī)模60萬噸/年，井田面積1.9707km2，現(xiàn)主要開采煤層3號(hào)煤。井田內(nèi)3號(hào)煤層底板最低標(biāo)高750m，井田內(nèi)奧灰水位為639-641m。奧灰水對(duì)井田3號(hào)煤層的開采無影響。兼并重組前原礦井均開采3號(hào)煤層，大面積被開采，老空積水分布較廣，原老礦均無可靠的水文地質(zhì)資料，在掘進(jìn)期間老空水嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)。瞬變電磁法或稱時(shí)間域電磁法（time domain electromagnetic methods），簡稱tem，它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不

10、接地線圈觀測二次渦流場的方法。勘探深度一般在120m左右，對(duì)突出危險(xiǎn)性和災(zāi)害可能出現(xiàn)的位置作出定性或定量的評(píng)估判斷后，采取有效防治水措施，從而實(shí)現(xiàn)安全掘進(jìn)和回采的目的。2 工作原理井下設(shè)置通以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產(chǎn)生一次磁場，并在地下導(dǎo)電巖（礦）體中產(chǎn)生感應(yīng)電流。斷電后，感應(yīng)電流由于熱損耗而隨時(shí)間衰減。衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當(dāng)于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度?。欢砥诔煞謩t相當(dāng)于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個(gè)時(shí)間段的二次場隨時(shí)間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。瞬變電磁法探測儀器為福州華虹智能科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的y

11、cs40（a）型礦用瞬變電磁儀。該儀器具有抗干擾、輕便、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集由微機(jī)控制，自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)，與微機(jī)連接可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回放。根據(jù)本次探查任務(wù)的要求和巷道條件的實(shí)際情況，采用2m×2m的多匝數(shù)矩形回線裝置進(jìn)行測量。根據(jù)勘探任務(wù)要求，采用多匝數(shù)線框，將線框直立于巷道。發(fā)射線框和接收線框?yàn)樵褦?shù)不等，且發(fā)射線框和接收線框?yàn)橐惑w的線框，以便于井下復(fù)雜的工作條件。主要技術(shù)參數(shù)如表1：3 瞬變電磁法工程實(shí)例3.1 測點(diǎn)布置 利用瞬變電磁法探測3102工作面運(yùn)輸順槽前方是否存在老空積水。首先在3號(hào)煤皮帶運(yùn)輸大巷，采用偏移排列測線布置，以b6導(dǎo)線點(diǎn)為中，向左側(cè)延伸30m，右側(cè)延伸40m，

12、對(duì)巷道頂板15度和順層方向進(jìn)行探測；具體見測點(diǎn)布置及施工方案示意于圖1和圖2。圖1 瞬變電磁法探測測點(diǎn)布置及施工示意圖圖2 探測區(qū)域位置示意圖3.2 物探成果 圖3、圖4為吉安煤業(yè)3102運(yùn)輸順槽測深探測視電阻率等值線擬斷面圖，圖中皮帶大巷30m處為3102運(yùn)輸順槽開口位置，橫向表示探測水平距離，縱向表示探測深度。根據(jù)上圖分析，3102運(yùn)輸順槽掘進(jìn)前方60-95m范圍內(nèi)存在局部高阻異常區(qū)，阻值相對(duì)較高，推測可能為前方破碎帶，賦水可能性較??；在3102運(yùn)輸順槽掘進(jìn)方向左右兩側(cè)10m外，阻值較低，存在賦水的可能性。根據(jù)瞬變電磁法物探成果，在3102工作面運(yùn)輸順槽掘進(jìn)方向兩側(cè)低阻區(qū)域進(jìn)行了重點(diǎn)布設(shè)鉆

13、孔，對(duì)高阻正常區(qū)域也進(jìn)行了少量布孔檢查，全面共設(shè)計(jì)施工8孔/480m進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，經(jīng)鉆探驗(yàn)證掘進(jìn)方向前方高阻異常區(qū)為受周邊采空區(qū)影響頂板破碎帶，掘進(jìn)方向左右兩側(cè)10m外，低阻異常區(qū)有少量老空積水，放水約120m3。鉆探結(jié)果與瞬變電磁法探測的結(jié)果基本一致，保證了此條巷道安全掘進(jìn)。4 結(jié)束語通過運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，對(duì)井田內(nèi)所有掘進(jìn)工作面進(jìn)行超前探測，超前預(yù)測預(yù)報(bào)，對(duì)掘進(jìn)工作面的水文地質(zhì)條件進(jìn)行探查，提前制定防治水措施，保證了安全生產(chǎn)。在未使用該物探技術(shù)前，掘進(jìn)巷道每次超前探查都需要施工810個(gè)鉆孔，因?qū)蜻M(jìn)前方的水文地質(zhì)條件不清楚，設(shè)計(jì)鉆孔時(shí)沒有針對(duì)性，造成鉆探進(jìn)尺增加，影響了掘進(jìn)效率。運(yùn)用物探技術(shù)后，

14、能有的放矢的設(shè)計(jì)鉆孔，針對(duì)物探中的異常塊段進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，減少了鉆探進(jìn)尺，提高了工作效率。通過20122013年的實(shí)際驗(yàn)證，節(jié)省資金24萬元，提高掘進(jìn)單頭進(jìn)尺20%。瞬變電磁法物探與鉆探相結(jié)合的探查技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上可行、安全上更可靠，在今后的巷道掘進(jìn)中可以得到廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：1潘友忠.瞬變電磁法在礦井巷道掘進(jìn)前方富水性探測中的應(yīng)用j.安徽地質(zhì)，2010，20（2）：126-128.2李乃民，李東徽.電磁法探測深度概述j.能源研究與管理， 2012（01）.3薛國強(qiáng).論瞬變電磁測深法的探測深度j.石油地球物理勘探，2004（05）.endprint摘要：吉安煤業(yè)由耀南、耀東、耀北和中

15、豐煤業(yè)4處礦井和新增區(qū)資源整合而成。兼并重組前原礦井均開采3號(hào)煤層，大面積被開采，地面通過物探得知存在9個(gè)老空積水區(qū)約209300m3和7個(gè)物探低阻異常區(qū)，在生產(chǎn)建設(shè)過程中科學(xué)合理地探測老空水準(zhǔn)確積聚位置任務(wù)繁重。通過瞬變電磁法對(duì)受水威脅掘進(jìn)巷道進(jìn)行超前探查，根據(jù)物探技術(shù)成果再施工探查鉆孔，對(duì)水害可能出現(xiàn)的位置作出定性或定量的評(píng)估判斷，然后采取有效防治水措施進(jìn)行治理，從而實(shí)現(xiàn)安全掘進(jìn)的目的。關(guān)鍵詞：老空水 電法 探查 治理1 概況山西長治郊區(qū)三元南耀吉安煤業(yè)有限公司是由山西三元煤業(yè)股份有限公司（51%）控股，長治市郊區(qū)西白兔鄉(xiāng)南村村民委員會(huì)（49%）參股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀東、中豐

16、煤業(yè)四座煤礦重組整合而成，礦井建設(shè)規(guī)模60萬噸/年，井田面積1.9707km2，現(xiàn)主要開采煤層3號(hào)煤。井田內(nèi)3號(hào)煤層底板最低標(biāo)高750m，井田內(nèi)奧灰水位為639-641m。奧灰水對(duì)井田3號(hào)煤層的開采無影響。兼并重組前原礦井均開采3號(hào)煤層，大面積被開采，老空積水分布較廣，原老礦均無可靠的水文地質(zhì)資料，在掘進(jìn)期間老空水嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)。瞬變電磁法或稱時(shí)間域電磁法（time domain electromagnetic methods），簡稱tem，它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不接地線圈觀測二次渦流場的方法?？碧缴疃纫话阍?20m左右，對(duì)突出危

17、險(xiǎn)性和災(zāi)害可能出現(xiàn)的位置作出定性或定量的評(píng)估判斷后，采取有效防治水措施，從而實(shí)現(xiàn)安全掘進(jìn)和回采的目的。2 工作原理井下設(shè)置通以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產(chǎn)生一次磁場，并在地下導(dǎo)電巖（礦）體中產(chǎn)生感應(yīng)電流。斷電后，感應(yīng)電流由于熱損耗而隨時(shí)間衰減。衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當(dāng)于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度小；而晚期成分則相當(dāng)于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個(gè)時(shí)間段的二次場隨時(shí)間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。瞬變電磁法探測儀器為福州華虹智能科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的ycs40（a）型礦用瞬變電磁儀。該儀器具有抗干擾、輕便、自動(dòng)化程度

18、高等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集由微機(jī)控制，自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)，與微機(jī)連接可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回放。根據(jù)本次探查任務(wù)的要求和巷道條件的實(shí)際情況，采用2m×2m的多匝數(shù)矩形回線裝置進(jìn)行測量。根據(jù)勘探任務(wù)要求，采用多匝數(shù)線框，將線框直立于巷道。發(fā)射線框和接收線框?yàn)樵褦?shù)不等，且發(fā)射線框和接收線框?yàn)橐惑w的線框，以便于井下復(fù)雜的工作條件。主要技術(shù)參數(shù)如表1：3 瞬變電磁法工程實(shí)例3.1 測點(diǎn)布置 利用瞬變電磁法探測3102工作面運(yùn)輸順槽前方是否存在老空積水。首先在3號(hào)煤皮帶運(yùn)輸大巷，采用偏移排列測線布置，以b6導(dǎo)線點(diǎn)為中，向左側(cè)延伸30m，右側(cè)延伸40m，對(duì)巷道頂板15度和順層方向進(jìn)行探測；具體見測點(diǎn)布置及施工方案示意于圖1和圖2。圖1 瞬變電磁法探測測點(diǎn)布置及施工示意圖圖2 探測區(qū)域位置示意圖3.2 物探成果 圖3、圖4為吉安煤業(yè)3102運(yùn)輸順槽測深探測視電阻率等值線擬斷面圖，圖中皮帶大巷30m處為3102運(yùn)輸順槽開口位置，橫向表示探測水平距離，縱向表示探測深度。根據(jù)上圖分析，3102運(yùn)輸順槽掘進(jìn)前方60-95m范圍內(nèi)存在局部高阻異常區(qū)，阻值相對(duì)較高，推測可能為前方破碎帶，賦水可能性較小；在3102運(yùn)輸順槽掘進(jìn)方向左右兩側(cè)10m外，阻值較低，存在賦水的可能性。根據(jù)瞬變電磁法物探成