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1、瞬变电磁在探测富水区煤层中的应用崔孝君汾西矿业集团双柳煤矿033300摘要国不少煤矿发牛过透水事故。重大透水事故造成人员重大伤亡和财产严重损失并导致煤矿停产。煤矿透水事故原因各异，防止透水事故发生的有效方法,是事先探测出水患源头或储水构造的位置然后再注浆处理。关键词瞬变电磁富水煤层应用探测探测地下储水构造的最佳方法是瞬变电磁法，因为瞬变电磁法在各种电法和电磁法中分辨率最高，对含水低阻体最敏感。当然，在地面也可以探测地下储水构造，但如果在井下探测则分辨率更高，更准确。因为井下的外界电磁干扰很小，观测数据质
2、量高，探测装置离目标体近，准确度高，避免了井下透水事故的发牛。一、工作面概况23405回采工作面总体位于一单斜构造之上，煤（岩）层倾向约303°,倾角在3-10°左右。所采煤层为3、4#合并层煤属二叠系山西组下段顶部煤层，该煤层区内稳定，结构复杂，含二一四层厚约0.02-0.3米的深灰一黑色碳质泥岩、泥岩夹肝层。区内煤层倾角3—10°,平均6°；o该工作面走向长1138.5米，倾斜长158.1米，斜面积为179997m²,煤厚3.25米，容重1.39t/m3,工业
3、储量813136吨，回采率按95%计算，可釆储量772479吨。3、4#煤顶板以中粒灰白色长石石英砂岩为主，分选磨圆中等，钙质胶结，抗压强度27.1Mpa,抗拉强度3.1Mpa,裂隙发育；局部发育有灰■黑灰色泥页岩伪顶，团块状，节理发育，未充填，松软，含植物化石；泥岩、砂质泥岩为主要隔水层。3、4#煤底板至L5或L4灰岩之间岩层称作结构性隔水层组，为泥岩砂岩互层。隔水层组厚度25〜30m,泥岩类比例超过50%,泥岩为不透水岩层但强度较低，遇水碎裂膨胀，据测试资料，砂质泥岩单向抗压强度为33MPa,抗拉强
4、度为0.7MPa,抗剪强度为6.14MPa。其间砂岩为弱透水岩层，但强度较高。二、瞬变探测任务、目的及工作原理1、物探探测任务及目的1）本次工作面探测布置测线共4条，每条测线M7个物理点，总计468个物理点。2）探测工作面顺层及底板的低阻体异常及分布范围。3）分析测区内含水构造形态、水力联系。4）对测区内煤层开采或水害治理提供物理探测技术依据。5）为布置探防水钻孔设计提供依据。2、矿井瞬变电磁（TEM）的原理及特点矿井瞬变电磁和地面瞬变电磁法的基本原理的一样的，理论上也完全可以使用地面电磁法的一切装置及
5、采集参数，但受井下环境的影响，矿井瞬变电磁法与地面的TEM的数据采集与处理相比又有很大的区别。由于矿井轨道、高压环境及小规模线框装置的影响，在井下的探测深度很受限制，般可以有效解释100m左右。另外地面瞬变法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自与地表以下半空间层，而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种响应来自冋线平面上下（或两侧）地层，这对确定异常体的位置带来很大的困难。实际资料解释中，必须结合具体地质和水文地质情况综合分析。3、矿井瞬变屯磁法地球物理特征在探测富水区的位置及其分布范围等方面，瞬变电磁法是
6、目前最有效的方法之一，其物理基础是富水区相对于周围地层有明显的电性差异。理论上讲,干燥岩石的电阻率值很大，但实际上地下岩石孔隙、裂隙总是含水的，并且随着岩石的湿度或者含水饱和度的增加，电阻率急剧下降；当岩层完整时其电阻率较高，受构造运动或地下水作用的影响，部分地段岩层破碎或裂隙发育，破碎程度及其含水的饱和度越大（砂岩、灰岩富水性增强），岩石的导电性会显著增强，地层电阻率会明显降低，断面图上会有明显的低阻异常反映。正常情况下，各层位电性在横向上是相对均一的。当存在局部低阻异常体（裂隙带、富水区等）时，在断
7、面上就会出现局部低电阻率异常区。4、矿井瞬变电磁工作仪器现场仪器使用的为武汉地大华睿地学技术有限公司生产的TEMHZ75矿用瞬变电磁仪实现。这套矿用瞬变电磁仪对低阻充水破碎带反映特别灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高，且施工快捷、效率高等优点，为煤矿企业在生产过程中水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段。通过多次脉冲激发场的重复测量叠加和空间域多次覆盖技术的应用提高信噪比，应用于煤矿井下水害超前预报使用，有效勘探深度能达到100米。三、23405工作面现场施工及结果解析1、具体的施工布置如下：在2340
8、5工作面材巷从切眼位置开始探测,间距为10m,运输巷也是从切眼开始探测，间距为10m,共117个探点，每一个探点设置2个方向，分别为线框与煤帮成0°>45°,共468个物理测点。2、施工技术措施，矿井瞬变电磁法勘探装置类型采用重叠冋线组合装置，边长1.5m的激发和接收正方形线圈，激发线圈匝数16匝，接收线圈匝数40匝。供电电流档为2.5A,供电脉宽10ms,采样率16µSo每个测点至少采用30次叠加方式提高信噪比
