瞬变电磁物探技术在矿井水害防治中的应用

范有达

（漳平市箭竹坪矿业投资有限责任公司 福建龙岩 364403）

为保证矿井安全生产，提高矿井水害防治工作的技术水平，箭竹坪煤矿采用瞬变电磁物探技术对箭竹坪井下+120 m（31）S 运巷和+150 m（31）运巷2 处进行探测，查明上部采空区积水情况，并对上部采空区排查进行验证，通过对比验证，认为瞬变电磁物探技术在矿井水害防治中具有重要的作用，为水害防治提供可靠的技术保障。

1 矿区充水因素

箭竹坪煤矿水文地质类型中等，属构造侵蚀—剥蚀型中低山区地貌单元，地形切割强烈，沟谷两边坡度较陡，沟谷坡降大，大气降水自然顺坡沿地表低洼处迳流条件好，排水通畅。地表水系属九龙江流域漳平拱桥溪水系王坑溪上游支流，区内无大的地表水体。主要含水地层有第四系（Q）、基岩风化带、早侏罗世下村组（J1x）、早三叠世溪口组（T1x）、翠屏山组（P3cp）、童子岩组第三段（P2t3）和第一段（P2t1）、栖霞组（P2q）、天瓦岽组（D3t）、火成岩等；主要隔水岩组有童子岩组第二段（P1t2）、文笔山组（P1w）受到F0断层的影响，导致矿区深部F1断层以西局部地段隔水岩组文笔山组和童子岩组第二段地层断失或变薄，造成栖霞组灰岩与童子岩组地层直接接触或接近，构成对煤层开采有危害性的充水边界，成为煤层开采时的直接或间接充水含水岩组。

2 探测区地球物探特征

2.1 一采区+120 m（31）S 运巷地球物探特征

一采区+120 m（31）S 运巷探测区位于一采区+120 m 区段，该区域总体地质构造属单斜构造，上部为+150 m（31）S 运巷，上部无采空区，无老空水；巷道位于童子岩组第一段地层，主要由砂质泥岩、泥质砂岩、泥岩、细砂岩及煤构成，31 煤层顶板为砂质泥岩，底板为砂质泥岩或细砂岩。通过对工作面地球物理特征分析认为31 煤层顶、底板均为大面积、连续分布的高电阻区域。高阻区域不容易形成相对高阻“团块”或“孤岛”，电磁曲线呈现高阻特征。而电磁波遇积水区时呈现低阻区，电磁曲线呈现低阻特征，这样能够通过电磁曲线电阻值的高低区分积水区和非积水区，并通过积水区范围测算积水量等参数。

2.2 一采区+150 m（31）运巷地球物探特征

一采区+150 m（31）运巷探测区位于一采区+150 m 区段，该区域总体地质构造属单斜构造，上部无采空区，无老空水；巷道位于童子岩组第一段地层，主要由砂质泥岩、泥质砂岩、泥岩、细砂岩及煤构成，31 煤层顶板为砂质泥岩，底板为细砂岩。通过对工作面地球物理特征分析认为31 煤层顶、底板均为大面积、连续分布的高电阻区域，高阻区域地球物理探测特征及参数与前者一致。

根据现场实际和试验的岩层电性测试实验与地质资料对照，确定地球物理参数，见表1。

3 瞬变电磁物探原理与布置

3.1 工作原理

瞬变电磁法简称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。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。通常于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流，断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。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。

3.2 测线布置

根据现场实际情况，分别在一采区+120 m（31）S 运巷及一采区+150 m（31）运巷2 个探测场均进行现场数据采集，本次瞬变电磁探测共布置2 个物理测线，分别为仰角45°、仰角15°，其中一采区+120 m（31）S 运巷每条测线布置5 个测点，每个测点间距为5 m。1# 测点布置在采面行人眼口处，其他测点沿着行人眼口往北间隔5 m 布置，本次瞬变电磁共探测10 个物探测点；一采区+150 m（31）运巷每条测线布置5 个测点，每个测点间距为5 m。1# 测点布置在采面行人眼口处，其他测点沿着行人眼口往南间隔5 m 布置，本次瞬变电磁共探测10 个物探测点。

4 物探曲线解释

4.1 一采区+120 m（31）S 运巷物探区物探曲线解释

本次物探一采区+120 m（31）S 运巷物探区通过对本矿各测线测点及单测点各测道视电阻率值进行统计平均、方差分析，并结合以往工作经验定义0～35 Ω·m 为低阻区，35～85 Ω·m为过渡区，85～120 Ω·m 为高阻区，资料解释成果主要分析低阻区；最后综合现场条件、水文地质条件、物探资料综合分析解释异常区。

对图1 和图2 分析，可以看出工作面除靠下部0～10 m 高度内视电阻率值偏底，靠上部10～100 m 高度均未发现有可疑区域，认为下部0～10 m 高度出现视电阻率值偏底原因主要为物探布点位置下部存在水沟水的影响。

图1 +120 m（31）S 运巷仰角45°物探成果图

图2 +120 m（31）S 运巷仰角15°物探成果图

综上所述，通过瞬变电磁物探认为一采区+120 m（31）S 运巷上部不存在积水区。

通过电阻率曲线图分析判断并根据现场排查验证，通过对比验证，瞬变电磁物探技术能够较为准确地测定积水区。

4.2 一采区+150 m（31）运巷物探区物探曲线解释

本次物探一采区+150 m（31）运巷物探区通过对本矿各测线测点及单测点各测道视电阻率值进行统计平均、方差分析并结合以往工作经验定义0～30 Ω·m 为低阻区，30～80 Ω·m为过渡区，80～130 Ω·m 为高阻区，资料解释成果主要分析低阻区；最后综合现场条件、水文地质条件、物探资料综合分析解释异常区。对图3 和图4 分析，可以看出工作面除靠下部0～10 m 高度内视电阻率值偏底，靠上部10～100 m 高度均未发现有可疑区域，通过分析，认为下部0～10 m 高度出现视电阻率值偏底原因主要为物探布点位置下部存在水沟水的影响。

图3 +150 m（31）运巷仰角45°物探成果图

图4 +150 m（31）运巷仰角15°物探成果图

综上所述，通过瞬变电磁物探认为一采区+150 m（31）运巷上部不存在积水区。

通过电阻率曲线图分析判断并根据现场排查验证，通过对比验证，瞬变电磁物探技术能够较为准确地测定积水区。

5 总结与经验

（1）现场探测条件选择上，要尽量避开水沟侧及水沟中有水流动迎头区域，尽量避开存在U 型钢架支护材料区域，以及工作面顶板有淋水现象区域。

（2）在数据资料出现异常时，必须人工解释与计算机解释相结合。以人工解释为基础，计算机为工具，由粗到细逐步进行。通过对主干剖面的解释，确定所对应的地质层位，勾绘地层总体赋存形态以及构造格局，为后期人机联作精细解释打下基础。

（3）在数据资料出现异常时，必须垂直断面与水平/顺层切片解释相结合。如果把已知钻孔、断层、煤层和其它特征层的地质信息附加其上，即可构成综合推断解释成果的断面图。水平切片原则上可以提供任意深度的水平/顺层切片，拟视电阻率平面等值线异常图是资料分析和成果表现的主要图件。

（4）在数据资料出现异常时，必须电性解释与地质信息相结合。物探异常具有相对性与多解性，需要结合已知的地质信息，按从已知到未知，从点到线，由线到面，由浅入深的原则进行综合分析，以提高成果的可靠性和精度。

6 结论

（1）通过瞬变电磁探测及曲线分析，笔者认为一采+120 m（31）S 运巷上部无采空区积水。靠下部出现视电阻率呈低阻异常特征，主要是受到下部+120 m（31）S 运巷水沟水的影响。

（2）通过现场调查，一采+120 m（31）S 运巷上部无采空区积水，与对瞬变电磁探测结果进行了对比验证，表明物探推测结果基本符合实际情况。

（3）瞬变电磁探测技术具体较好的探测效果，为水害防治提供可靠的技术保障。