瞬变电磁对板状异常体的剖面响应特征研究及在钱营孜煤矿的应用

 瞬变电磁对板状异常体的剖面响应特征研究及在钱营孜煤矿的应用

欧涛

安徽恒源煤电股份有限公司钱营孜煤矿 安徽宿州资源与土木工程学院，234000；

摘要：文章总结了瞬变电磁对板状异常体响应剖面的特征，借以研究煤矿工作面内的断层在瞬变电磁剖面上的响应特征，结合西翼煤柱工作面三维地震的资料及瞬变电磁综合反演曲线，判定了JF31解释断层的存在及其水文类型。

关键词：瞬变电磁；板状异常体；响应特征；钱营孜煤矿

中图分类号：P631  文献标识码：A文章编号：

1瞬变电磁对板状体异常剖面特征研究

瞬变电磁法因其体积效应小、探测指向性强、数据采集速度快等特征，近年来在煤矿领域应用较为普遍，常用来解决掘进煤（岩）巷道前方的地质、水文地质情况、工作面顶底板的富水程度、判别断层的水文类型等问题，总体效果较好，深受从业者青睐。

其中，断层的水文类型判别是井下防治水工作的重点也是难点。为更好地研究瞬变电磁法对断层富水性的探测，刘向红等对不同倾角的板状体在高阻围岩中的瞬变电磁场的剖面响应特征做了研究。

文章根据物理模拟的相关准则，采用较小的线圈对板状体的剖面响应特征进行了研究。表1为模拟的相关参数，图1为倾角为的板状体物理模型及多测道响应剖面，剖面中横坐标代表测点的位置，纵坐标代表测点的响应幅值，曲线从上到下为对测点观测的时间窗口。文章总结指出，倾斜板状体的响应幅值特征不呈两边对称的单峰响应，而是随倾角的变化成趋势变化。

图1倾角为的板状体物理模型及剖面特征

当时，随的减小，回线与导体间耦合增强，板状体响应随之增强，双峰不对称，导体倾向一侧的峰值大于另一侧；极小值随减小而稍微增大，其位置也向反倾斜侧移动，随角度的较小，单点响应值逐渐增大，说明与导电薄板的响应耦合越好（a5[1-2]。

2瞬变电磁法在钱营孜煤矿中应用

2.1工程概况

西翼煤柱工作面位于钱营孜煤矿西二采区，东邻W3213机巷、西邻F51逆断层，南邻W3213、W3227、W3225、W3223采空区、北邻W3214外段、W3224、W3222采空区及西翼煤柱工作面工作面。工作面机巷长度915m，方位角261°，底板标高-618m～-376.6m，风巷长度873m，方位角269°，底板标高-625m～-389m；切眼长度168～278m，方位角353°，底板标高-376.6m～-625m。工作面内断层发育，整体形态呈一单斜构造。

工作面上方为平原地形，地面标高+23m左右。地面主要为农田，还有密如蛛网的灌溉沟渠，西牛沟从工作面穿过；有高压线路从工作面穿过；有小杨家、钱营孜、大岳家和张站等几个自然村庄在工作面回采影响范围内，现均已搬迁；平面位置如图3所示。

西翼煤柱工作面内断层构造较发育。根据工作面实际揭露情况、地面勘探及三维地震资料，工作面及附近主要发育11条断层（一条穿刺构造），其中正断层10条，逆断层1条，其中JF31正断层，倾角70°，落差0～5m，斜穿整个工作面机巷，为三维地震解释断层，是本次瞬变电磁探测目标。

2.2数据采集与处理

为研究瞬变电磁对西翼煤柱工作面内隐伏构造的富水性，结合西翼煤柱工作面现场探测条件，分别在西翼煤柱工作面机巷、西翼煤柱工作面风巷、西翼煤柱工作面切眼布置3条测线；每条测线10m布置一个测点，西翼煤柱工作面机巷从切眼方向朝收作线方向布设，每个测点布置8个探测方向：分别是垂直顶板方向、面内仰角30°方向、面内顺层方向、面内俯角30°方向、垂直底板方向、面外仰角30°方向、面外顺层方向、面外俯角30°方向；风巷也设计8个方向，切眼设计5个方向。

2.3分析与讨论

结合JF31三维地震解释的尖灭形态，抽取机巷面内仰角30°、俯角30°及顺层3个角度的视电阻率剖面研究。图2为3个角度的视电阻率反演二维剖面。剖面的纵坐标代表探测的视深度，横坐标是测点在机巷从切眼至收作线的空间排序。图中从蓝色至红色的色标标注机巷不同方向视电阻率值从小到大的变化。一般情况下，用蓝色表示视电阻率较小的情况，也可以推测岩层富水的情况，红色表示岩层的视电阻率较大，如果在同一岩层中，一般可推测为岩层破碎或断裂。

图2机巷顶板方向视电阻率剖面

依据色标的变化分析，面内俯角30°的视电阻率在横向500-600m范围内，视电阻率值表现为较高，机巷面内顺层在450-600m范围内视电阻率值较高，仰角30°剖面显示为450-500m范围视电阻率值较高。另外，3个剖面在收作附近也显示为高阻，作为边界不做异常研究。

 图3机巷顶板视电阻率综合反演曲线

通过对板状体异常剖面特征的研究，结合西翼煤柱工作面JF31三维地震的推断，该处符合JF31推断断层的特征。

将3个剖面的视电阻率综合反演得到图3，纵坐标代表综合曲线幅值，纵坐标为测点在机巷的空间排序，幅值最高异常点，解释为JF31的发育位置，并从剖面及单点反演的结果来看，JF31断层并不富水，也不存在导水现象。

3 结论

物理模拟了板状体在瞬变电磁的剖面响应，总结了不同倾角的响应特征，借以研究了煤矿工作面隐伏断层在瞬变电磁剖面的响应情况，用以推断并判别了JF31断层的存在及水文类型，并在工作面回采过程中得到了验证。印证了瞬变电磁煤矿工作面隐伏断层水文类型研究中作用，为工作面的回采提供了技术保障。

参考文献：

[1]刘向红. 本安型瞬变电磁仪及其探测技术研究[D].安徽理工大学,2009.

[2]岳建华,姜志海.矿井瞬变电磁探测技术与应用[J].能源技术与管理,2006(05):72-75.

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