井下瞬变电磁法探测煤矿离层空间

井下瞬变电磁法探测煤矿离层空间

沈佳刚

（四川省煤田地质工程勘察设计研究院  四川 成都  610031）

摘要：采用井下瞬变电磁法（重叠回线装置）在煤矿的巷道进行剖面点测，通过合理的布线方式和采集参数，对1599巷道的顶板进行探测，查明80m范围内离层空间赋存情况，为该煤矿的防治水工作提供坚实可靠的基础资料，同时证明了井下瞬变电磁法的有效性。

关键词： 井下瞬变电磁法 视电阻率 离层空间 富水区

一、概况

近些年来，各煤矿企业在如何保障生产安全的问题上下足了功夫，特别是煤矿防治水的问题，其中，煤矿顶板离层水害对煤炭生产的威胁日益增大，煤层覆岩离层水的形成可以归纳为3个基本条件:首先是可积水离层，其次是离层周边存在补给水源,最后是离层空间持续时间足够长。研究顶板离层水害对煤矿的影响，对加强煤矿的安全生产工作有着重要的意义，本次工作的井下瞬变电磁法就是探测顶板离层水害的一种重要的物探手段。

二、地质概况

1、1599工作面

1599工作面位于漂水岩一带，对应地表标高为+1252～+1395m。该工作面开采范围上至1599风巷（标高：+959m～+962m）、下至1599机巷（标高：+930m～+938m），南至1599切眼，北至中间上山保护煤柱，煤层倾角16-13°，平均14°。

2、水文地质情况及煤层

1599工作面开采煤层为C19煤层，煤厚在0.6-1.2m，平均1.05m。1599工作面主要水源为断层裂隙水、工作面以南的1597采空区补给水，预计工作面涌水量在3~ 6m3/h，局部受构造影响，可能出现涌水量异常增大的情况，预计在受构造影响时涌水量可能增大至30m3/h。根据现有资料，该工作面距上覆长兴组平均厚约为67.4m，部分长兴灰岩含水层的水仍会随着断裂隙通道进入工作面，造成工作面涌水量异常增大。

三、地球物理特征

1599工作面回风巷为煤巷，巷道侧帮为C19煤层，电法勘探覆盖区域包含C19煤层及顶底板的泥岩、炭质泥岩、灰岩。不同岩性的导电性一般存在明显差异，一般情况下泥岩、页岩、粉砂岩、中粗砂岩、灰岩的视电阻率值依次增大，煤层的视电阻率值通常很大，明显大于顶底板的泥岩、砂岩等。当煤层采空区积水时，因其导电良好，其视电阻率值较低。可见，他们之间存在明显的电阻率差异，因此工区具备开展直流电法勘探的条件。

四、现场施工布置及探测方法

矿井瞬变电磁法以载流线圈作为激励场源，从而激发向介质传播的瞬变电磁场。在导电率为σ、导磁率为μ的均匀各向同性介质内敷设面积为S的矩形发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流，在电流断开之前（时），发射电流在回线周围的介质空间中建立起一个稳定的磁场，在t=0时刻，将电流突然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。

本次物探工作在1599工作面风巷顶板依次布置电极和电法测线，如图4-1所示。

图4-1  工程布置示意图

五、成果资料

1599工作面回风巷为煤巷，C19煤层及顶底板的砂岩、泥岩，顶板上面的岩性为灰岩。正常情况下，视电阻率在纵向上呈高-低-中高-低的变化趋势。在远离1599工作面回风巷的区域岩性为灰岩，其导电性相对较弱，视电阻率值相对较高。接下来是离层空间，填充水，其视电阻率值相对较低。然后是砂岩泥岩互层，视电阻率值相对较高，为中高阻值。接下来是采空区，视电阻率值相对较低。

如图5-1所示，图中黑色线圈的视电阻率值明显低于其他岩性地层，纵向上看呈现高-低-中高-低的变化趋势，推测黑色线圈的区域为离层空间，且含离层水。通过不同的深度段进行切片成图，与剖面的异常区一一对应。

图5-11599工作面及1599风巷井下瞬变电磁法成果

7．结论

依据井下瞬变电磁法等视电阻率断面图解释了离层空间，离层水害问题。且通过不同深度的切片图、剖面图进行了多方位的验证说明。井下瞬变电磁法能有效的探测离层空间的分布情况，发现了离层水害的安全问题，积极的为煤矿安全生产服务。

参考文献：

[1]牛宏伟,高峰,韩进利,王孟超,曹振军.巨厚砂岩下厚煤层采动覆岩离层形成机理与探测[J].煤矿安全,2020,51(11):150-154.

[2]高树磊. 巨厚砂岩采动离层空间发育规律探测分析[C]//中国煤炭工业安全科学技术学会水害防治专业委员会,中国煤炭学会矿井地质专业委员会,中国地质学会,中国煤炭学会煤炭地质专业委员会,煤炭工业技术委员会煤矿防治水专家委员会.2020年煤炭安全高效绿色智能开采地质保障学术论坛论文集.2020年煤炭安全高效绿色智能开采地质保障学术论坛论文集,2020:136-139.

[3]谢建林,许家林.地质雷达探测顶板离层的数值与物理模拟研究[J].采矿与安全工程学报,2017,34(02):317-322.

[4]薛爱民,程建远,曹丁涛,李兴峰.三维地震在煤矿开采中覆岩离层探测的试验研究[J].中国煤炭地质,2013,25(08):50-54.

[5]柳军涛.地质雷达探测顶板离层的物理模拟研究及图像解释[J].黑龙江科技信息,2013(12):91.

1