瞬变电磁仪和电法透视仪在煤矿防治水工作中的应用

巩伟超

天地科技股份有限公司神木分公司，陕西榆林， 719399

摘要：瑞丰煤矿为整合矿井，3202工作面正上部为3^-1煤层采空区，根据水文地质调查，该采空区为房柱式开采，受大气降水补给，存在积水。直接威胁3202工作面回采。该工作面计划2022年4月初回采，时间紧，探放水任务重，按照《防治水细则》相关要求，该面采空区积水类型为“老空水位置不清”，需探查钻孔1536个，探放水工程滞约工作面回采。通过澳大利亚进口TerraTEM瞬变电磁仪和YBT32矿用并行电法透视仪对上部3^-1煤层采空区全范围探测，圈定了积水异常区，针对性探放水施工，既保证了疏放效果，又缩短探放水工期，间接提高了经济效益。

关键词：瞬变电磁仪；电法透视仪；煤矿防治水；应用；

一、水文地质条件

综合井田地质勘探资料、钻孔资料分析，3^-2煤层主要充水含水层有第四系全新统风积沙层含水层、第四系全新统冲洪积层含水层、侏罗系中统延安组3号煤顶板砂岩裂隙承压含水层，隔水层主要有第四系中更新统离石组黄土层和新近系静乐组红土层。3^-2煤层顶板砂岩裂隙含水层富水性整体较弱，仅变现为滴水、淋水现象；工作面内无封闭不良钻孔；地表无河流、湖泊等水体；工作面主要水害类型为上部3^-1煤层采空区积水，经导水裂隙缝公式计算，裂缝带波及3^-1煤层采空区，若采空区存在积水，积水将沿导水裂隙缝进入工作面，造成突水威胁性。

二、物探工程

1.音频电透视探查数据采集

本次探测工作选用仪器为YBT32矿用本安型并行电法透视仪。瑞丰煤矿3202工作面现场音频电透视法探测工作自工作面切眼部位向大巷方向实施了2240m的探查。基于本次探测任务的需求，此次音频电透视探测频率采用了128Hz和64Hz两个频段，实际完成工作量为930个物理点。

2.音频电透视探测成果

基于本次探测任务的需求，此次音频电透视探测工作开展了频率为128Hz和64Hz两个频段的探测。一般而言，在地层岩性相对均一的条件下，同一频率建立的电场所获得的视复电导率值越高，说明地层的综合导电性越好，含水也就越丰富。为此，按照频率域电场理论及实际探测经验，结合探测频率域深度换算公式，划分了不同频率段对应的有限测深。判定工作频率为128Hz复电导率勘探结果的有效勘探深度为35～40m，即对应工作面巷道顶板0～40m范围内的电性响应特征，工作频率为64Hz复电导率勘探结果的有效勘探深度为40～70m，即对应工作面巷道顶板40～70m范围内的电性响应特征。对应顶板上0～40m范围，即煤层顶板上部的3^-1煤采空区附近区域的直接反映。形成规模的高视电导率异常具体分布在回风顺槽400～800m段，运输顺槽1200～1600m、1650～2200m段，其中运输顺槽1650～2200m区域的视电导率相对较高，异常相对突出。其余均为零星发育。

3.瞬变电磁探测成果分析

本次3202工作面在回风顺槽向工作面内方向按10m点距完成回风顺槽往工作面顶板仰角15°、仰角30°和仰角45°方向上3个角度的测量，先在3202工作面回风顺槽与切眼相交位置为起点，以10m点距自0号点向大巷方向依次编号至2240号点，控制剖面长度2240m；同样在运输顺槽对应位置采用相同参数也进行了2240m长度的剖面探测。回风顺槽向工作面内部做的仰角15°剖面探测，1070～1090m、1100～1130、1150～1560m、1580～1740m、1760～1830m段低阻异常区域分布相对集中且明显，推断这些区域为上伏3^-1采空积水区；回风顺槽向工作面内部做的仰角30°方向探测均表现为中、高视电阻率反映，几乎没有低电阻率异常反映；在回风顺槽向工作面内部做的仰角45°方向探测均表现为中、高视电阻率反映，几乎没有低电阻率异常反映。

4.运输顺槽探测成果分析

在运输顺槽向工作面内部做的仰角15°方向探测，1050～1400m、1410～1490、1810～1830m、1880～1940m段低阻异常区域分布相对集中且明显，推断这些区域为上伏3^-1采空积水区；在运输顺槽向工作面内部做的仰角30°方探测，整个探测结果均表现为中、高视电阻率反映，几乎没有低电阻率异常反映；在运输顺槽向工作面内部做的仰角45°方向探测，整个探测结果均表现为中、高视电阻率反映，几乎没有低电阻率异常反映。

5.切眼探测分析

在切眼向工作面内部做的仰角15°方向探测，从该剖面可以看出，0～240m范围均表现为低电阻率异常，推断这些区域为上伏3^-1采空积水区；在切眼向工作面内部做的仰角30°方向探测，110～220m范围均表现为低电阻率异常，推断这些区域为上伏3^-1采空积水区；在切眼向工作面内部做的仰角45°方向探测，110～140m范围均表现为低电阻率异常，推断这些区域为上伏3

^-1采空积水区。

6.工作面顶板视电阻率水平切片图分析

通过在3202工作面的回风顺槽、运输顺槽和切眼分别向工作面方向开展不同角度的瞬变电磁法探测，基本上控制了整个工作面顶板的情况，可揭露其内在电性特征。通过提取不同角度在工作面顶部25m范围处的数据点，进行3202工作面顶部视电阻率水平切片工作，最终获得了该工作面顶部25m范围处（上部3^-1煤层采空区所处层位）的视电阻率水平分布特征。工作面内部低阻异常较为发育，主要集中在工作面西部和东部。共圈定异常区域3处，其中YC01号视电阻率异常区域面积相对较小，约9300m²，低阻异常现象相对明显，横向发育位置在0～230m处，纵向上分布在运输顺槽向回风顺槽方向30～100m区域，从视电阻率的绝对值分析，富水性中等；YC02号异常区位于工作面中部，分布面积较大，约41500m²，低阻异常现象相对明显，横向发育位置在1030～1500m处，纵向上分布在运输顺槽向回风顺槽方向30～210m区域，从视电阻率的绝对值分析，富水性中等。YC03异常区也位于工作面中部，YC02异常区的东部，分布面积较小，约9100m²，低阻异常现象相对明显，横向发育位置在1500～1800m处，纵向上分布在运输顺槽向回风顺槽方向150～210m区域，从视电阻率的绝对值分析，富水性中等。除以上3个异常区外，其余则零星发育。

三、上部采空区积水疏放效果分析与评价

根据3^-1采空区综合物探解释成果，针对物探异常区域重点探查，设计57个钻孔，设计工程量3384m，实际施工工期14天，共施工57个钻孔，施工工程量3384m。其中6个钻孔终孔出水，其他钻孔终孔均无水或少量渗水、滴水，6个出水钻孔及其初始水量。

本次探放水工程共施工57个探查孔，出水钻孔7个，截止2022年3月19日8点班，7个钻孔（HF-2、HF-8、HF-11、HF-22、YS-22、YS-25、YS-26）已无水或滴水。本次32202探放水工程已累计疏放水量67638m³，疏放水量已大于预估采空区积水量33196m³，疏放效果较好,工作面可以安全回采。

四、结论

通过澳大利亚进口TerraTEM瞬变电磁仪和YBT32矿用并行电法透视仪对3202工作面上部采空区进行了全范围探测，圈定了上部采空区疑似积水区范围，为探放水钻孔施工提供了针对性参考依据，提高了采空区积水的探查准确性，符合规范要求的情况下，优化设计减少钻探量88740m，间接提高了经济效益532万，既保证了疏放效果，又缩短了探放水工期，保证了工作面安全回采。

参考文献

[1]东兆星，吴士良.井巷工程[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006.

[2]蒋邦远.瞬变电磁法勘探M].地质出版社，1998.

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