綜合物探在煤礦超前探中的應用研究

劉江敏+樊林林+邢楷+郝宇軍

摘 要：文章介紹了使用瞬變電磁法、鉆孔激發極化法探測煤礦掘進工作面前方地質信息，以評價前方掘進空間含水性的技術方法與效果。綜合物探減少了單一探測參數評判導致的多解性，提高了探測結果分析解釋的準確性，可有效地解決煤礦井下巷道掘進頭隱伏水患的預報問題，確保巷道掘進過程中的安全。

關鍵詞：瞬變電磁；激發極化；綜合物探；含水性；安全

在煤礦生產中，水害是影響掘進工作面安全生產的重大災害之一。我國煤炭生產能力日益增大，采空區積水、構造及陷落柱導含水等對煤礦安全生產構成極大威脅。同時，由于小煤窯無序開采、越界開采造成的未知老空水問題日益突出。因此，查明掘進工作面前方含水性，為煤礦防治水及安全生產提供依據很有必要。近年來，運用瞬變電磁法、鉆孔激發極化法等綜合物探方法，在掘進工作面進行探水取得了較好效果。

1 綜合物探方法原理與優缺點

1.1 瞬變電磁法

瞬變電磁法也稱時間域電磁法（Time domain electromagnetic methods），簡稱TEM，它是利用不接地回線或電極向地下發送脈沖式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應的地下渦流產生的二次電磁場的空間和時間分布，來解決有關地質問題的時間電磁法。具有對水體反應靈敏，橫向分辨率高，工作效率高等優勢。

但其缺點也很明顯，主要有：測量信號弱、裝置參數設置較復雜、受掘進機、巷道底板的鐵軌、工字鋼支護、錨桿支護、運輸皮帶支架等各種金屬設施影響較大、數據分析復雜，結果多解性較高等。

1.2 鉆孔激發極化法

激發極化法是根據巖礦的激發極化效應來探測未知水源的一種電法勘探方法。在向目標體充放電過程中，由于電化學作用引起一種隨時間變化而變化的電場現象，稱為激發極化效應（IP效應）。激發極化法以該效應為理論基礎，通過觀測目標體激電效應，以探測目標區域地質情況。

鉆孔激發極化法是針對以數量有限的探孔推斷前方水文地質情況具有很大的局限性，無法確定前方巖層賦水性的三維空間分布情況的這種情況，而提出的利用探孔進行激發極化法超前探水。其工作方式是將測量探頭從孔口10m處開始測量，每1m進行一次采集數據（每次同時采集視電阻率值和視激發極化值），直至推進到孔底為止，可以對鉆孔周圍和孔底30m范圍內進行探測預報。探測時電阻率法和激發極化法同時進行，可得到多種參數的探測數據，能將數據自動進行處理、分析和預報，可以對富水體及導水通道等有害地質體進行精細有效的探測預報，是一種全新的礦井巷道超前探水預報儀?？纱蟠鬁p少鉆孔探測數量，節省時間和成本，提高工作效益，同時又提高煤礦井下巷道掘進隱伏水患的排除能力。

2 綜合物探應用效果

2.1 物探結果

在晉煤集團某礦43133掘進工作面401m進行瞬變電磁法進行探測后，順層探測方向探測結果為圖1。結果中圈定低阻異常一個，推斷其為前方采空區水影響。鉆孔激發極化法探測結果如圖2，采用鉆孔頻率域激發極化法的視電阻率和視極化率二參數進行探測。結果中視電阻率和視極化率在距鉆孔口的29m-53m段出現異常區域，從探測數據曲線的形態分析，該段鉆孔周圍應可能有含水體。

2.2 鉆探結果

礦方開展正常鉆探時前方未有異常情況。根據物探結果在左幫補加鉆孔，在40m處出水，與探測結果相符合。

3 結束語

（1）鉆孔激發極化法探水技術是鉆探與物探的有機結合，可以避免磁場，金屬等外界干擾因素；具有操作方便、花費較低、結果通俗易懂、不易受現場干擾等優點，具有較大的煤礦應用性，可有效地解決煤礦井下巷道掘進頭隱伏水患的預報問題，確保巷道掘進過程中的安全。

（2）利用瞬變電磁法、鉆孔激發極化法綜合探測，之后相互印證解釋結果，大大減少了瞬變電磁法探測結果的多解性，可以提高物探結果分析解釋的準確性。

參考文獻

[1]吳有信，韓東亞，王琦.煤礦深部開采地質保障中的綜合物探技術應用[J].工程地球物理學報，2009（02）.

[2]吳有信，方舍珍.綜合物探在煤礦深部開采與災害防治中的應用[A].中國煤炭學會礦井地質專業委員會2008年學術論壇文集[C].2008（09）.

[3]李玉寶.煤礦井下物探技術發展回顧與展望[A].第九屆全國采礦學術會議暨礦山技術設備展示會論文集[C].2012（08）.

[4]劉國興.電法勘探原理與方法[M].北京：地質出版社，2005：95-105.

[5]激發極化法電法勘探[M].閻立光，等譯.北京：地質出版社，1983.

[6]郭開文.煤礦防治水工作中勘探方法的綜合運用[J].內蒙古煤炭經濟，2012（11）.

[7]康鴻文，滿立新.瞬變電磁法在煤礦防治水工作中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2013（21）.