小线框瞬变电磁法在探测煤矿充水巷道中的应用

时间：2024-07-28

赵敏，甘志超

(1.中国煤炭科工集团科技发展部北京100013;2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013)

煤矿在生产过程中，由于地质条件复杂，突水事故时有发生。为了保证煤矿生产的安全，需要进行堵水和排水工程，首先就要查明突水巷道或是充水巷道的分布，一般选择利用物探方法进行探测。李学军利用浅层反射波法探测了充水巷道，查明了50m左右的充水巷道［1］。岳建华与李志聃研究了矿井直流电法在煤层底板突水探测中的应用，取得了较好的效果［2］;王文祥等利用SYT法进行充水巷道探测的应用研究［3］;李玉宝等利用中间梯度法探测了埋深200m的充水巷道［4］;丁云河等利用充电法探测涌水巷道［5］;马瑞花利用瞬变电磁法勘探煤矿突水巷道，认为曲线形态为高电位单峰异常反映充水巷道［6］。

根据实际地质任务，利用小线框瞬变电磁法对充水巷道进行了探测分析，取得了较好的结果。

1 工区概况

唐山某矿九水平涌水量自2008年5月开始，由2.3m3/min逐步增至9.44m3/min。经分析该涌水为唐山某矿井田范围内的某小矿关井停产不排水所致。九水平涌水量异常增大已经威胁矿井安全，治理方案是将小煤矿向唐山某矿的泄水巷道封堵。首先对小煤矿的新井区部位的－240m水平巷道进行封闭。目的是阻断小煤矿的新井区部位通过－240m水平巷道向唐山某矿九水平泄水的可能。

前期施工了部分注浆孔，但观测唐山某矿九水平的涌水量并未减少，说明小煤矿提供的采矿资料不准确。因此在钻探的基础上，选择利用物探探测充水巷道的分布。

2 仪器选择与工作布置

根据采矿资料，需要探测的巷道断面尺寸为3m×2m左右，根据钻孔水位，巷道内已经充满水。因此本次物探工作的地球物理模型是在高阻中寻找低阻。选择的物探方法为对低阻地质体敏感的瞬变电磁法。

由于场地内地面存在钻机和道路等干扰源，因此选择EMRS－3型瞬变电磁法仪，其最大供电电流为2000A，采用3m×3m的小线框进行工作。

由于充水巷道的尺寸小，因此布置测线线距5m，点距2m，以保证横向的分辨率。对充水巷道注浆封堵前，进行第1次探测，查明含水巷道的分布以指导注浆。为分析注浆封堵效果，当完成注浆治理后，在相同的坐标位置进行第2次探测。

3 探测结果分析

3.1 治理前物探成果分析

治理前的物探成果见图1，分析认为:在0线至65线的中间的异常带较宽，推断为2条巷道反映，但由于2条巷道的距离可能比较近，加上充水影响，所以从电性上不能严格区分开，几乎连在一起，都表现为低电阻率反映。并且由于在进行第1次物探工作时，在测线的中部位置附近有铁皮墙和钻杆等干扰源，分析该宽异常带是受地面干扰源和井下充水巷道的共同影响。

结合北部异常特征分析，该部位的巷道亦有可能是1条，因为在北部的巷道发育呈现以下特点:一是视电阻率条带状分布特征明显，但宽度变窄;二是虽然从视电阻率等值线的展布特征分析是2条，但东部的1条与西部发育的低电阻率异常带相比，条带状特征要差一些，所以推断为采空区异常带更为准确。由此综合推断，新巷1号钻孔并不位于导水巷道的中心部位，有可能只是阻挡了东部采空区积水向唐山某矿的导水通道，并没有从根本上消除主导水通道的影响，北部95线至135线部位西部的低电阻率异常条带才是主巷道的发育位置。

图1 治理前物探成果

在进行物探前对探测区内的大的金属物品进行了清理，但仍有钻塔、铁皮墙和钻杆等金属物存在，对第1次物探工作还是有一定的影响。

从第1次物探工作分析，75线和95线相交的中部低电阻率异常部位为其导水巷道的中心部位，建议先在该部位施工一探测孔加以验证，再依据验证结果调整下一步注浆封堵方案。

3.2 治理后物探成果分析

治理后的物探成果见图2，对比治理前的物探成果分析认为:在0线至65线的中间偏东的异常带较宽，但与治理前的物探结果比较，可以明显地看出，该异常带比治理前要窄一些，并且中心位置也向东偏移了10m，推断该异常带为充水巷道。由于治理后在进行物探测量时，铁皮墙和钻杆等金属物体已经移走，地面已经基本不存在干扰源，因此分析认为治理后的异常带能更准确地显示充水巷道的分布。对比治理前后0线至65线中间部位的低阻异常，可以发现低阻异常其连续性都比较好，视电阻率值也相对比较低，说明治理前后，该范围内巷道的充水情况差异不大，经过处理后该部位的水被封堵在巷道里面。

图2 治理后物探成果

对比分析治理前后北部异常特征，可以看出:在95线至135线西部的低阻异常带在治理前连续性较好，条带状特征明显，说明该异常带充水性好，推测为充满水的巷道，在治理后该低阻异常带仍然存在，但是其连续性明显降低，条带状特征变差，说明经过治理后，该导水巷道得到了一定封堵，导水性变差。