矿井瞬变电磁法在峰峰某矿超前探测的实践分析_关民全.pdf

第 35 卷 1 期2023 年 1 月中 国 煤 炭 地 质COAL GEOLOGY OF CHINAVol.35 No.1Jan.2023doi:10.3969/j.issn.1674-1803.2023.01.12文章编号:1674-1803(2023)01-0068-06矿井瞬变电磁法在峰峰某矿超前探测的实践分析关民全(中国煤炭地质总局水文地质工程地质环境地质勘查院,河北邯郸 056004)摘 要:矿井瞬变电磁法作为煤矿防治水中最常用的物探方法,在实施过程中经常受到探测现场一些环境干扰因素的影响,降低了探测结果的准确度。以峰峰矿区为例,针对井下巷道中常见的干扰因素,通过现场对比分析总结得出以下经验:在井下金属环境设施中,探测地点的掘煤机、液压柱、底板上的钢轨等体积较大的金属良导体对瞬变电磁探测干扰严重,应尽量撤离或采取相应的措施避开,而锚杆、锚网、锚索、锚网带支护、工字钢等体积较小的金属物体对瞬变电磁探测的干扰较小,在实际应用时可以忽略不计。通过排除干扰等措施,利用多种观测系统所探测的成果进行综合分析、相互验证,可以提高物探资料解释的准确度,对煤矿的防治水工作起到有效的指导作用。关键词:瞬变电磁法;煤矿井下;干扰因素;防治水;观测系统中图分类号:P631.3+25 文献标识码:AAnalysis of Mine Transient Electromagnetic Method Advanced Detection Practicein Fengfeng Mining Area CoalmineGUAN Minquan(Hydrogeological,Engineering Geological and Environmental Geological Exploration Institute,CNACG,Handan,Hebei 056004)Abstract:The mine transient electromagnetic method is a most common geophysical prospecting means in coalmine water control.Dur-ing implementation processes will be frequently impacted by some site environmental interference factors,and lowered down detection accuracy.Taking the prospecting in Fengfeng mining area as an example,considering common interference factors in underground roadways,through site comparative analysis has summed up following experiences.Within underground metal environmental facilities,detection site shearers,hydraulic supporters,floor steel rails etc large volume favorable metal conductors will impact transient electro-magnetic detection seriously,should be withdrawn as far as possible,or taken appropriate measures to avoid.While such as anchor rod,anchor net,cable anchor,steel belt and anchor net support and I-beam etc smaller volume metal objects have less impact on tran-sient electromagnetic detection,thus can be ignored in practices.Through interference suppression etc measures,through multiple ob-servation systems detected results carried out comprehensive analysis and mutual verification can promote geophysical data interpretation accuracy,so as to play an effective guiding role in coalmine water control works.Keywords:transient electromagnetic method;coalmine underground;interference factor;water control;observation system作者简介:关民全(1980),男,陕西澄城人,本科,高级工程师,主要从事地球物理勘探、水文地质、工程地质、环境地质等研究工作。E-mail:gmq19791103 收稿日期:2022-05-02责任编辑:张燕生0 引言我国是世界上第一产煤大国,也是世界上煤矿水害最为严重的国家。老空水、顶板水、底板水、离层水等各种水害是制约煤炭工业发展的突出问题之一。峰峰矿区地质构造复杂,水文地质条件也极为复杂,是全国典型的大水矿区,具备如下特点:水害类型齐全;煤层埋藏深、煤层底板承受水压高;煤系薄层灰岩含水层富水性强,水力关系复杂;下组煤距奥灰强含水层间距小;矿井涌水量大;水害造成的经济损失巨大等1-3。因此峰峰矿区的防治水工作非常具有特色:防治难度大、技术复杂。由于峰峰矿区地面物探受地表地质条件、探测深度、地层倾角、多地层物理特性、近地面干扰等多因素影响,探测精度较低,因此,将地面物探移到井下,在近距离、近目标、单一层位中探测,可以提高物探资料解释的精度和可靠性4。目前用于井下探测的众多地球物理勘探方法中,矿井瞬变电磁法对于煤层富含水情况探测效果比较明显,具有方向性强、勘探深度大、体积效应小、抗干扰能力强、分辨率高、可以多方向探测、施工效率高等优点5-6,已成为峰峰矿区井下预测水害隐患的重要技术手段。12 期关民全:矿井瞬变电磁法在峰峰某矿超前探测的实践分析69 1 矿井瞬变电磁的特点由于井下特殊的空间限制,矿井瞬变电磁法有以下特点:探测是在井下巷道内进行,瞬变电磁场呈全空间分布如图 1 所示;受巷道施工空间所限,只能采用边长小于 3m 的多匝小线框,一般探测深度在 120m 以内;采用小线框,点距较密,体积效应降低,横向分辨率提高;距离异常体更近,异常体感应信号强,探测信号信噪比高,方向性强;可以探测多个方向,如顶板、底板、侧帮、迎头前方;在井下会受到多种金属物的干扰。矿井瞬变电磁法经常使用的工作装置形式主要有重叠回线和中心回线两种。重叠回线装置对地质异常响应强、施工方便,但线圈中存在较强的互感,一次场影响严重;中心回线装置收发线圈互感影响小,降低了一次场影响,但二次场信号相对较弱,对地质导体识别不如重叠回线。井下巷道内施工采用多匝数小回线测量装置,线框贴近巷道迎头煤岩层(图 1),装置参数主要有回线边长大小、回线匝数、叠加次数等。一般在正式工作前可通过试验加以确定。原则上根据施工区段的客观情况,以能够充分发挥仪器性能,有效的完成探测地质任务为佳。图 1 矿井瞬变电磁法工作方式示意Figure 1 Schematic diagram of mine transient electromagnetic method operation mode2 应用实例2.1 峰峰某矿 2704 工作面概况峰峰某矿井下工作面开采 2 号煤层,煤层走向NW20,倾向 NE,平均倾角 12,煤层厚度平均2.8m,煤层较稳定。煤层直接顶为中粒砂岩,厚度为 11.22m,有时成互层,含云母片,裂隙中有方解石及硫化亚铁;伪顶为炭质泥岩,厚度为 0.29m,黑色,泥质胶结,含植物化石及少量炭质,易风化;直接底为砂质页岩,厚度为 2.97m,黑灰色,含大量的植物根系化石,微带节理;老底为中粒砂岩,厚度为16.9m,灰白色,矿物为石英、长石,略带黑色矿物,带小裂隙及方解石脉。2 号煤层下距奥灰 120m 左右,工作面底板标高-420m,奥灰水位标高为+120m,属于带压开采,最大水头压力达到 45MPa,掘进前方一旦存在导水构造连通奥灰水,直接揭露后果不堪设想,因此为了保证工作面巷道的安全掘进,矿方采用了瞬变电磁跟踪性超前探测,提前探明前方隐伏导水通道,以制定出切合实际的防治水措施,来保证采掘安全7。2.2 探测方法(1)仪器及工作参数使用仪器为 YCS40(A)型矿用瞬变电磁仪及配套设备。采用重叠回线装置,发射线框和接收线框使用多匝 1.5m1.5m 矩形回线,发射线框为 9 匝,接收线框为 18 匝,发射电压 7.0v,发射频率 8.3Hz,拟制系数 3,测道数 40,叠加次数为 64 等进行井下数据采集。(2)工作布置由于工作面主采煤层均为带压开采,主要面临的水患为底板奥陶系灰岩水,探测的重点为迎头前方是否存在构造连通奥灰水。在井下巷道迎头实地观察后,结合探测目的任务,选择了更适于全面探测迎头前方情况的横向扇形观测系统8(图 2),共布置 10 个测点,其中每个扇形观测点在垂直方向上都观测了 6 个方向,包括迎头顺层、斜上 45、斜下30、斜下45、斜下60、底板探测,探测方向(图3)。在此基础上根据现场金属设施情况及探测的目的,在迎头正前方增加了一个纵向扇形观测(图 4),增加对底板的重点探测,且在最终的成果解释中,将两种观测系统所探测的成果进行综合分析,相互验证,提高物探资料解释的准确度。2.3 探测成果与验证情况现将具有代表性的迎头探测成果进行分析。1)对某工作面运料道迎头前方富水情况进行了探测。探测迎头前方斜上 45、顺层、斜下 30、45、60的横向扇形视电阻率剖面图(图 5)中,未发现明显低阻异常体存在,但在迎头正前方左右两边视电阻率值变化较大,形成明显界限,因此分析认为70 中 国 煤 炭 地 质第 34 卷图 2 扇形观测系统示意Figure 2 Schematic diagram of fan shaped observation system图 3 探测方向示意Figure 3 Schematic diagram of detective directions图 4 纵向扇形观测示意(探测底板)Figure 4 Schematic diagram of lengthwise fan shaped observation该迎头前方 3080m 地段整体富水性较差,但在迎头正前方左右两边有岩性变化,可能存在小断层;探测迎头前方纵向扇形视电阻率剖面图(图 6)中,也未发现明显低阻异常体存在。将两种观测系统所探测的结果进行综合分析,认为该迎头前方整体富水性较差,但迎头正前方可能存在小构造。通过验证,图 5 迎头前方横向扇形视电阻率剖面Figure 5 Head-on front transverse fan shaped apparentresistivity section图 6 迎头前方纵向扇形视电阻率剖面Figure 6 Head-on front lengthwise fan shaped apparentresistivity section图 7 工作面排水巷迎头探测点三维示意Figure 7 3D schematic diagram of working face drainage drifthead-on detection points12 期关民全:矿井瞬变电磁法在峰