利用矿井瞬变电磁法探测工作面顶板岩层含水性的研究.pdf

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1、2010年6月矿业安全与环保第37卷第3期利用矿井瞬变电磁法探测工作面顶板岩层含水性的研究孔德山，程久龙，朱若军，王玉和，姜国庆(1．国投新集能源股份有限公司刘庄煤矿，安徽淮南236232；2．山东科技大学矿山灾害预防控制教育部重点实验室，山东青岛266510)摘要：煤层顶板水害对煤矿安全生产构成了严重威胁，为保证工作面正常回采，必须在开采前查明顶板岩层含水性。介绍了矿井瞬变电磁法在煤矿井下探测的基本原理、工作方法和技术特点，给出全空间条件下磁偶源晚期视电阻率表达式和不同瞬变延时所对应深度表达式，结合工

2、作面顶板岩层含水性探测实践，探讨了资料解释方法和效果。研究表明，矿井瞬变电磁法能够有效地确定工作面顶板岩层富水位置和范围，可为矿井水害防治提供可靠依据。关键词：矿井瞬变电磁法；顶板岩层含水性；探测；水害预报中图分类号：TD745．21文献标志码：A文章编号：1008—4495(2010)03—0031—03煤层顶底板水害对煤矿安全生产构成了严重威流将产生随时间变化的感应电磁场(二次场)J。胁，同时也是导致矿井重大突水事故的主要原因。该二次场的大小及衰减速度与地下地质体的导电性为了保证工作面的正常开采，在

3、煤层开采之前对工有关，如果岩石裂隙发育丰富，含水量较大，导电性作面进行水文地质勘查，查明煤层顶底板围岩的富好，则二次场衰减慢；反之，二次场衰减较快。根据水情况具有十分重要的意义J。矿井瞬变电磁法二次场衰减曲线的特征就可以判断地下地质体的电是近年来发展起来的一种新的井下探测技术，属于性、规模、产状等。近距离观测，具有体积效应相对较小、方向性强、分矿井瞬变电磁法的基本原理与地面瞬变电磁法辨率高、对低阻体敏感、施工快速等特点，因此在矿基本一致。不同的是矿井瞬变电磁法是在井下几百井水文地质勘查中有较大的应用价值

4、。目前该技术米深的巷道内进行的，瞬变电磁场呈全空间分布，这已成为煤矿水害探测的主要技术之一。时的瞬变响应为全空间响应。由“烟圈”理论来看，早期瞬变电磁场是由距离发射线框较近的巷道围岩1矿井瞬变电磁法基本原理介质的感应电流产生的，可以反映近距离的电性分瞬变电磁法(TransientElectromagneticMethods，布；晚期瞬变电磁场是由距离发射线框相对较远的简称TEM)是一种建立在电磁感应原理基础上的时围岩介质的感应电流产生的，可以反映远距离的电间域人工源电磁探测方法。利用不接地回线(磁源)性

5、分布，因此应用矿井瞬变电磁仪记录不同瞬变延或接地线源(电偶源)向地下发送一次脉冲磁场(一时t的感应电动势，经过处理便可以得到巷道围岩次场)，在其激发下，地下地质体中激励起的感应涡由近及远的电性分布情况J。全空间条件下磁偶源晚期计算视电阻率的公式为收稿日期：2010一O1—13；2010—03—16修订基金项目：国家自然科学基金资助项目(50774051，Ps=c(5t(v／／)J(1)50974081)；国家重点基础研究发展计划(973计划)项目式中：C为全空间响应系数；S，N为发射线圈面积和(2007

6、CB209406)；山东省“泰山学者”建设工程专项经费资助匝数；s，it／,为接收线圈面积和匝数；t为瞬变延迟时项目作者简介：孔德山(1963一)，男，安徽合肥人，高级工程间；V／I为观测到的归一化二次场电位场值。师，副矿长，主要从事煤矿生产和安全的技术管理工作。求得视电阻率后便可利用下式进行时深转换，．31．2010年6月矿业安全与环保第37卷第3期求取不同延时对应深度：作面总体为单斜构造，沿煤层倾向布置，长度为D。(￡)=t(￡)d(2)1320m，平均倾角8。左右。煤层厚4～6m，且由南向北呈变薄

7、趋势。该工作面煤层老顶为厚层状粉砂式中：D(t)为t时刻电磁场传播深度；(p，t)为任岩、细砂岩或中粗砂岩，直接顶为细砂岩，局部为泥意导电介质分布情况下电磁场垂直扩散速度。岩；直接底多为泥岩，老底以富含鲕粒的泥岩及粉砂2工作方法技术岩为主。受本区F18断层影响工作面内次生及伴生断层较发育。根据工作面水文地质资料，煤层底板由于受到巷道空间的限制，矿井瞬变电磁法均岩层不含水或含水性弱，而煤层顶板砂岩局部含水，采用多匝小回线，其工作装置主要有重叠回线、中心且含水量较大。为进一步查明顶板岩层含水性分布回线和偶极

8、装置3种。3种装置形式各有优缺情况，开展了矿井瞬变电磁法探测研究。点，在现场实测中要结合施工条件、探测任务和装置3．2地球物理特征特点等进行综合考虑加以选择。除装置形式外，回矿井瞬变电磁法主要依据围岩的电性分布情况线边长、匝数、重复频率、积分时间、关断时间、增益来确定富水位置和范围，因此这里主要讨论地层的等参数选择是否合理也直接影响测量结果。回线边电性特征。本区所涉及的含水岩层主要是顶底板砂长和回线匝数一般根据探测任务要求和井下实际设岩。结