磁技术在探测煤矿老空水方面的应用

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1、万方数据第29卷第3期2007年9月地震地质SEISMOLOGYANDGEOLOGYVol29．No3Sellt．2007井下瞬变电磁技术在探测煤矿老空水方面的应用刘白宙(焦作煤业(集团)有限责任公司，焦作454002)摘要介绍，全空间瞬变电磁(uwTEM)技术在煤矿井下探测老空水方面的应用，研究了井下巷道有限施工条件下探测不同赋存方位采空区的方法，证明了uWTE^I技术在探测巷道掘进头前方、巷道顶底板及巷道侧帮等方向老空水的有效性，总结了井下瞬变电磁技术应用中需汴意的若十关键问题。结果表明，uwTEM技术能在井下有效地探测巷道顶底板、侧帮及掘进头前方的老空水他置

2、和范围，为井下水害预报和防治提供可靠依据。美键词瞬变电磁井下老空水煤矿应用中圈分粪号：两31．3+25文献标识码：A文章编号：0253—4967(2007)03一0687一05O引言水害是煤矿安全生产的五火灾害之一，而老空水害比其它水害更容易造成人员伤亡，中国近年来因水害造成的重大人员伤亡事故多系老空水引起。要消除老空水害需先探明老空水的位置和范围，但如何快速、准确探测老空水一直是煤矿生产的难题：钻探方法准确但速度慢、成本高，难以圈定老空水范围，且打钻时存在危险；传统的直流电法等物探技术虽效率高、成本低，但因体积效应大等原因造成准确率和探测距离难以满足生产需求。近

3、年来，井下全空间瞬变电磁技术在中国快速发展，PROTEM47HP瞬变电磁仪是专门用于井下探测的仪器，凭借其近距离观测、体积效应小、方向性强、分辨率高、对低阻区敏感、施工快速的优点，可以有效地探测巷道周围100m范围内的老空水，已成为煤矿水害探测的最佳选择。1瞬变电磁法的原理瞬变电磁法(TransientElectrom8911eticMehtod，简称TEM)的原理(牛之链，1992)是：利用不接地回线向地下发射一次脉冲磁场，当发射回线中电流突然断开后，地球介质中将激励起二次涡流场以维持在断开电流以前产生的磁场(即一次场)，二次涡流场的大小及衰减特性与周围介质的电

4、性分布有关，在一次场间歇观测二次场随时间的变化特征，经过处理后可以了解地下介质的电性、规模、产状等，从而达到探测目标体的目的(蒋邦远，1998)。2井下瞬变电磁技术的工作方法地面TEM的发射框沿地面布设，有效探测范围为地下半空间。井FTEM由于巷道空间很[收稿日期]2007一04—02收稿，2007—08—13改回。万方数据688地震地质小，观测面前后‘j上下都有介质存在，故被称为全空问瞬生电磁法(u·tde一*mundwhole·spaceTransientElectromagneticMethod，简称uwTEM)(白髓海等，2003)。井下探测时受空间限制一

5、般采用共面偶极方式(偶极距多为10m)，利川多匝小回线在任意可能的方向布设，因而可以进行多方位探测。实践证明，该方法在巷道掘进头超前探测(郭纯等，2006)、顶底板探测和左右侧帮探测老空水时可取得理想的效果。3井下瞬变电磁技术在探测老空水方面的应用3．1探测巷道掘进头前方老空水菜矿21020工作面回风巷掘进过程中，地质调查得知前方存在多年前形成的小煤窑采空区，根据水文地质条件分析采空区可能积水，但不能确定采空区的准确位置。为了保证巷道掘进安全，在掘进头处利用超前探测装置(郭纯等，2006)进行了瞬变电磁超前探。探测结果显示(图1)，掘进头前方72m以远存在相对低阻

6、区(阴影区)，低阻区重点位于巷道前方偏左部位，巷道右前方正常。为验证物探结果并指导工作面设计，考虑到此处水压较小(0．2MPa／cml)，在采取相应措施下打钻探验。朝巷道正前钻探时，进尺到752m处出水，依据水质判断为老空水。矿方据此改变工作丽布置方案，留足防水煤柱，在掘进头前方40m处开切眼往外回采，避免了老牵水害的发生。图l21020工作面回风巷掘进头超前探测视电阻率断而圈FiglAppareⅡtre8iBtivi‘ysection0fleadi“gdetectioIlahead0ftunnelingoftheBirw8ymNo．21020workl月gfac

7、e．3．2探测巷道顶扳老空水回风巷用于井下空气循环，在煤矿开采中必须保证安全。但该I旦I风巷掘进到160m处发现顶板淋水严重，水质略带臭味。在该回风巷顶板上方约35m处有一个已经关闭的小煤窑，上述万方数据3期刘自宙升卜瞬’堑电磁技术在探测煤矿老空水方面的应用689顶板严重淋水，可能足此小煤窑以前越界开采留F的老空水所引起。为了验证分析结论，在同风巷已掘巷道利用偶极装置实施瞬变电磁垂直上探。探洲结果显示，回风巷顶板往上80m范围内标尺0～110m段岩性基本正常，iiijll5～160m段存在相对低阻区(阴影区)，此低阻区位于巷道顶板上方20一48m段(勘探盲隈约为2

8、0m)，越