徐鹏程
临沂矿业集团菏泽煤电开发有限公司郭屯煤矿 山东菏泽 274700
摘要：介绍了矿井瞬变电磁法探测技术的原理与方法，并以山东鲁能菏泽煤电开发有限公司郭屯煤矿1301工作面瞬变电磁法探测为例，分析了矿井瞬变电磁法在探测工作面顶板富水性中的应用。通过井下探放水钻孔及实际揭露资料验证，该方法探测工作面顶板富水位置和范围是非常有效的物探方法之一，能为井下水害预报和防治提供可靠依据。
关键词：瞬变电磁法；顶板砂岩；富水性；涌水.
矿井瞬变电磁法是目前地球物理探测领域一种应用前景广阔的物探方法。实践证明，矿井瞬变电磁法在井下探测工作面顶底板富水性、巷道周围空间不同位置含水构造，可以取得较好的地质效果[1-4]。
根据郭屯煤矿3煤层1301工作面掘进地质说明书煤层顶板为含水砂岩，是威胁此煤层安全开采的主要水害孕灾体。郭屯煤矿与华北科技学院合作，采用瞬变电磁技术对顶板砂岩含水体几何特征、分布范围、积水区大小位置，特别是其具体分布位置、形状、深度等具体参数进行了探测。并对工作面顶板涌水量进行预计，探测结果与钻探验证结果基本吻合，取得了良好的应用效果。
1 矿井瞬变电磁法施工技术
矿井瞬变电磁法是利用不接地回线向巷道周围空间发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈观测二次涡流场的方法。矿井瞬变电磁探测方法依据所探测的目标及探测场地的不同有两种方式:偶极方式和中心方式，如图1所示。
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图1瞬变电磁系统偶极及中心工作方式
若在井下巷道中对煤层顶底板进行探测时，由于巷道相对瞬变电磁探测要求的最小距离(5m)要大的多，一般采用移动式的偶极探测方式。通过在巷道内移动瞬变电磁系统和改变发射及接收线圈的方向，可以对煤层顶底板不同方向进行探测，得到一个扇形空间的探测信息。
2 探测方案与成果
采用矿井瞬变电磁方法，采用电流1A，25Hz，收发距为20m，移动步距10m。三个方向(垂直顶板、左邦斜上45°、右邦斜上45°)探测和采集数据。如图2所示。
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50m，宽约150m，主要是零星分布的一些低阻区域，低阻异常反映相对1#及3#较弱。
图6 顶板45m水富水性分布成果图
3#异常区：呈明显的条带状，可能与构造有关，异常反映明显，岩体相对富水，自20至80m各切片均显低阻异常。
3 顶板涌水量预测
在探测的基础上，根据观测富水异常区的变化情况对顶板涌水量进行预测分析。由于顶板富水区主要位于向斜构造部位，裂隙相对发育，各含水层水力联系相对较好，探放水钻孔放水完成后，工作面回采时顶板砂岩水主要为未探放下来的边角水为主。回采时涌水量的计算可采用异常区面积进行计算。
（1）异常区富水体体积
由于各异常区划定时，并没有考虑富水的程度，据物探低阻异常程度及范围，可划定出各异常区的富水程度系数如表2所示。而富水岩体的体积可通过各异常区富水层位、厚度及富水程度系数计算出，其体积是经归一化处理后的相对体积，即此单位体积内的富水量在各异常区内是相同的。
（2）涌水量预计
参考1302工作面非异常区正常区段涌水量大约30 m3/h，在异常区段总涌水量约为异常区涌水量加上正常涌水量，如下表3，最大涌水量约为正常涌水量的1.5倍。
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4 结论
（1）在小断层附近区域，及底洼的向斜轴部附近，低阻区分布相对集中。
（2）从不同高度上看，45m以内区域，视电阻率值相对较低，岩体深度为60m及80m高度富水。其中60m相对其它层位切片图富水性弱一些。
（3）通过探测及地层情况综合分析，1301工作面富水性异常区可分为6个。各异常区的特征及异常反映程度在前述探测成果中均有描述。
（4）通过钻探放水情况及物探分析结果，在不考虑底板出水的情况下，估算出1301工作面回采时各区段最大涌水量，此面回采时，最大涌水量不超过287.6 m3/h。顶板初次来压冒落后及前260米，分布的异常区主要为5#异常区，其正常涌水量约为96.9 m3/h，最大涌水量为175.35 m3/h。
参考文献：
[1]姜志海,岳建华,刘志新.矿井瞬变电磁法在老窑水超前探测中的应用［J].工程地球物理学报,2007, 4(4): 291-293
[2]傅佩河,祝仰民,周长根,等.断层富水性的矿井瞬变电磁法探测[J].煤矿开采, 2006,11(2): 13-16
[3]张开元,韩自豪,周韬.瞬变电磁法在探测煤矿采空区中的应用[J].工程地球物理学报，2007， 4(4): 341-344
[4]李全,于景屯.采掘工作面顶板富水性矿井瞬变电磁探查技术研究[J].华北科技学院学报,2005(3): 15-16