大定源瞬变电磁法在陕西某煤矿中的应用

王 涛，李长江，高定州

(北京探创资源科技有限公司，北京 100071)

0 引言

在陕西某煤矿2401工作面上部存在采空区，局部低洼处可能存在积水，对2401工作面巷道掘进构成了一定威胁。目前精度比较高的探测手段主要为钻探技术，但是通过钻探探测效率低、成本高，对于采空区边界的确定比较困难。而通过地球物理探测技术手段，虽然存在多解性，但是可以达到高效探测，精度相对较高，费用低。瞬变电磁法在对采空区的富水情况的探测中，是比较有效的方法之一。

1 方法选择

在纵向上，电法数据可以准确地体现各种深度的地层综合电性特点，但是在地表和土壤结构复杂的条件下，通常较难实现良好的综合电性划分。在横向上，对于同样的层位来说，在进行煤层开采之后，它们的电性和能量特点就会随着富水性呈现出不同的变化。当采空区不含水时，视电阻率相对于未开采煤层会更高；而当采空区含水时，由于一般采空水矿化度较高，视电阻率会显著下降，这是本次地面电法勘探的地球物理基础。

本区大部分区域为第四系松散层覆盖，仅在沟谷等低洼地带存在基岩出露，区内冲沟发育，地形复杂。根据测区的地形条件和地质任务，本次地球物理勘探工作选用对含水层反应比较好的瞬变电磁法进行，用以完成本次物探工作的各项任务。

2 野外试验

瞬变电磁法选用中心回线装置，Smarttem24瞬变电磁仪。为了取得较好的探测效果，针对瞬变电磁发射电流及发射线框大小进行试验，选择能满足本次地质任务的电流及发射线圈边长参数，分别作了500 m×900 m和500 m×500 m发射线框边长的8 A和5 A发射电流试验工作。

图1是同一测点的不同电流及发射线框情况下的瞬变电磁法二次电位衰减曲线，如图1(a)所示，500 m×500 m发射线圈的衰减曲线的尾支出现跳跃，后期数据质量差；如图1(b)所示，500 m×900 m发射线圈尾支稳定，数据质量有保障。本次勘探使用5 A发射电流(1号线)也可以探测到目的层，但考虑到本区存在大量高压线，且地表起伏较大，被第四系松散覆盖层覆盖，为保障发射电流的信号达到目的层，确定本次勘探采用电流为8 A(2号线)的信号，以保证有效的探测深度。

图1 瞬变电磁法二次电位衰减曲线

3 处理成果分析

3.1 解释依据

2401工作面上部为2号煤层采空区，根据上部采空区煤层底板起伏情况(工作面整体南高北低)分析，采空区局部低洼处可能含有积水，并可能对2401运输巷掘进有影响。根据采空区与围岩电阻率的变化分析地下目标区域的富(导)水性。富水性强的岩石视电阻率值相对低。

3.2 典型剖面分析

根据瞬变电磁结合地质解释依据和原则，下面选取典型测线剖面L25、L29两条测线进行重点分析。根据2401工作面区域地质资料以及测区内钻孔工作面综合柱状图分析，测区内，每条测线140～220 m处为预留煤柱，L0～L4与L42～L48共12条测线下方煤层未开采，2号煤层位于4号煤层上部，2401工作面所含煤层为4号煤层。测线L25、L29两条测线视电阻率断面图中，黑色实线为未开采的2号、4号煤层底板等高线，黑色虚线为已开采完毕的的2号煤层底板等高线。

图2是2401工作面L25测线瞬变电阻率断面图。纵观整个电阻率断面图，在横向40～360 m、海拔标高775～850 m的视电阻率呈相对低阻异常分布，推测为富水异常区。

图3是2401工作面L29测线瞬变视电阻率断面图，可以看出，2号煤层底板等高线自小桩号端向大桩号端方向上升，煤层底板标高在海拔800～860 m变化。纵观整个电阻率断面图，横向0～460 m，标高650～800 m的视电阻率呈带状分布，可见地层连续不间断，推测无含水异常。

图2 2401工作面L25线瞬变电阻率断面图

图3 2401工作面L29线瞬变电阻率断面图

通过以上典型剖面分析，经过大量数据的对比分析，按照上述原则，对2401工作面的49条测线的视电阻率断面图进行解释分析，划出各测线的异常点分布。

3.3 水文地质分析

测区含水层根据地下水埋藏条件和含水介质，区内地下水可分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类岩溶水三大类型。砂岩、石灰岩在电性上呈现高阻反映，但在同一深度，岩溶裂隙发育的砂岩、石灰岩相对含水性好，其视电阻率值低于裂隙不发育的砂岩、石灰岩，以此为基础，来寻找煤系地层岩层富含水异常区。根据已知地质资料，抽取2号煤层底板等高线标高的电阻率值作水平切片图，采空积水异常在该电阻率等值线图中呈相对低阻异常显示。结合已知水文地质资料，同时配合电阻率断面图，去伪存真，实现采空积水异常的识别与区域整体轮廓圈定。

3.4 结果分析

结合地势与水的运动规律，综合测区地球物理场整体背景，根据电阻率断面图与已有资料，在该平面图上圈定了3处相对低阻异常区。综合水平切片图分析2401工作面顶板上覆煤岩层富水性，主要的相对低阻区域分布在测区的L23～L26的40～360 m以及测区L35～L39的0～60 m。其中北部低阻异常区域较小，根据2号煤层采空区实测标高，采空区北部区域南高北低，呈单斜构造，采空区积水从2201回风巷、2203运输巷防水密闭墙排水管路中排出，故北部低阻异常区域不划为采空区积水引起的低阻异常区域。

经矿方钻探验证，中部异常区存在少量积水，提前排放，并在后期开采过程中，未发生采空区突水事故，因而证明了此次物探工作的有效性。

4 结语

通过此次工程证明大定源瞬变电磁法勘探在煤层采空区富水性探测上效果较佳，为煤矿的安全回采提供了可靠的地质依据。另外，与其他物探方法相比，工作效率更高、勘探深度更大。今后还要继续加强地形起伏、地下电磁场分布规律的研究，提高预测准确度。